石油污染组分在包气带土壤中运移的数值仿真模型及应用

基于多孔介质流体力学和溶质动力学理论，建立了石油组分在土壤包气带内传输的数值仿真模型，初步探讨了石油组分苯和正戊烷在土壤中的迁移归宿及在水相和气相中质量分配，预测预报石油污染物泄漏后在包气带内迁移转化的动态及过程。仿真结果表明：苯和正戊烷在水相和气相中的浓度分布规律几乎相同，随着时间的延长，污染面积和范围逐渐增大，并且释放在水相、气相中正戊烷的质量大于苯的质量。这不仅对于定量化研究有机污染物在地下环境系统中迁移归宿，环境质量评价及污染预测、预报与污染防治提供科学的理论根据与途径，而且可为地下环境系统中石油组分的质量监测以及地下水资源的开发利用和科学管理提供技术支持。     

浅层地下水水质系统碘浓度场数值仿真

基于地下水系统概念模型分析，采用准三维数值仿真技术，建立了由地下水水流模型、溶质运移模型和地下水运动方程组成的地下水水质模型。选解地下水水流模型，得到地下不渗流场水位函数H（x，y，t）；再解地下水运动方程得到各单元的地下水实际流速；最后解溶质运移模型，求出计算区内任一点的溶质浓度。数值计算结果表明，水质模型仿真性能良好。     

基于渗流力学的水墨画仿真研究

宣纸建模和水墨运移机理建模是水墨画仿真研究中的关键问题。提出了一种考虑宣纸厚度对水墨画成画效果影响且质量可控的有效厚度宣纸模型,并在此模型的基础上将渗流力学的理论引入水墨在宣纸中的运移规律的研究,通过对水墨效果成因物理规律的探究达到对水墨效果的仿真。仿真结果表明建立在该理论上的水墨运移模型能够针对不同质量的宣纸及水墨浓度的变化给出令人满意的仿真效果图。     

污染物传输的两区非平衡吸附数值仿真模型

考虑不可动水和污染物的非平衡吸附特性以及微生物降解等因素,建立了土壤-水环境中污染物运移的两区非平衡吸附模型。基于自行编制的有限差分程序给出了二维仿真算例,模拟了农药等污染物在土壤-水环境中的运移过程,探讨了在不可动水和非平衡吸附影响下土壤中各相浓度分配的规律。模拟结果表明:土壤各相的浓度变化并不同步。可动水相浓度变化最快,对浓度分布起主导作用;不可动水次之;可动区吸附相浓度变化存在明显的滞后现象;而不可动区吸附相浓度变化最为缓慢,滞后现象最为明显。     

集中涌出瓦斯在通风网络中运移的三维LBM仿真

为了研究瓦斯在巷道某处集中涌出后的运移规律，提出集中涌出瓦斯在通风网络中运移的三维LBM仿真方法。应用速度、浓度双分布格子Boltzmann方法（LBM），分别建立了瓦斯运移速度和浓度三维LBM模型。由于逆风网络复杂，力加侠运行速度，计算过程采用三维分头耦合算法。该算法将每个巷道看成一含独立的块，各巷道分别独立并行她计算，只在巷道壁面处交换数据，从而提高运算速度。模拟实例表明，用该仿真方法可得到集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延的直观信息和速度、浓度等大量数据；可以得到每条巷道瓦斯浓度峰值个数、瓦斯浓度峰值大小、位置和到达的时间，从而提供有效避开瓦斯浓度峰值的方案。     

填埋气体运移过程的多场耦合模型及仿真分析

随着大型垃圾填埋场的建立，垃圾所赋存的地质环境(渗流场、应力场和温度场)之间的相互影响作用已不容忽视。基于多孔介质渗流力学-热力学理论，建立了垃圾填埋气体运移过程的多场耦合模型，并给出了模型的有限元格式，并通过编制的程序对温度作用影响下垃圾污染气体压力分布规律进行了数值可视化仿真分析。结果表明：温度对于填埋气体运移有较大的影响，耦合作用不能忽略。这不仅为定量化预测预报垃圾气体在填埋场中的扩散状况以及污染气体的排放和收集、防止二次污染提供了可靠的理论依据，而且对于生态环境的保护和垃圾资源化的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。     

石油期货对冲比率的模型选择:交互作用与模型风险

采用结构BEKK模型、传统BEKK模型、OLS模型估计石油期货对冲比率,从交互作用和模型风险的角度分析对冲比率的模型选择问题。基于布伦特原油期货与现货价格日数据的研究显示,结构BEKK模型的石油期货对冲绩效优于传统BEKK模型,预示对冲比率的估计要考虑交互作用;结构BEKK模型的石油期货对冲绩效在次贷危机前优于OLS模型,在次贷危机后劣于OLS模型,预示模型风险影响石油期货对冲绩效。进一步分析表明,石油期货对冲比率的估计模型应当根据市场状况和油价走势选择结构BEKK模型或OLS模型。本文研究为风险管理实践提供了决策依据。     

矸石山渗滤液在地下水系统中运移的仿真分析

针对阜新矿区新邱南部矸石山对地下水污染实际情况,分析了矸石山渗滤液在含水层中运移的规律,建立了渗滤液在地下水系统中运移的耦合动力学仿真模型,利用该模型对渗滤液在地下水中迁移行为进行仿真分析,预测了污染物浓度的分布范围及随时空变化趋势。并与于家沟地区实际检测点数据进行对比,结果表明:渗滤液浓度拟合误差小于6%,从而验证了模型的可靠性和实用性,为地下水资源开发过程中污染控制与治理措施提供依据和理论指导。     

地下煤矿瓦斯渗出、运移与积聚过程仿真方法

提出了基于元胞自动机模型的地下煤矿生产过程中瓦斯渗出后在巷道网络系统中运移和积聚的可视化仿真方法。在该方法中,用元胞自动机模型描述地下矿巷道网络系统,用瓦斯元胞来描述从工作面煤壁、采落的煤堆、围岩和采空区渗出的瓦斯能量单元;用格子元胞描述巷道格子及其状态,这些格子元胞均用瓦斯运移速度和瓦斯含量等状态参数来描述。在仿真过程中,可以获得大量关于瓦斯渗出、运移、稀释、积聚和排放等动态信息以及瓦斯积聚区域形成及其严重程度的量化指标及其可行的调控方法。该方法将时间、空间和系统行为有机地结合起来,在形象、直观、真实的条件下完成积聚在巷道系统中渗出、运移和积聚的仿真。     

石油开采动态预测模型及经济评价

本文根据油田在开采过程中特点，初步建立了石油开采的动态预测模型，并对模型的运用价值进行了讨论，最后给出了模型在某大油田开采的技术参数估计和经济评价中的应用．     

三周期极小曲面多孔材料渗透率尺度特性研究

三周期极小曲面（triply periodic minimal surface, TPMS）在多孔材料设计中的应用日益广泛，但其渗透性能的尺度特性缺乏研究。以4种常用的TPMS单元作为研究对象，在介绍其数学模型及孔隙率控制方法的基础上，建立基于CFD（computational fluid dynamics）的仿真分析模型；对不同孔隙率的TPMS单元和立方多孔结构进行数值仿真分析，明确了其尺度和渗透率之间定量关联规律，即在所选的尺度范围内，各类TPMS单元和立方多孔结构的渗透率是尺度的二次函数。对于TPMS多孔材料渗透性的设计，研究成果可以为TPMS单元类型和尺度的选择提供仿真方法支撑。     

西气东输走廊"资源-经济-环境"集成发展系统仿真研究

以西气东输管线气站为节点,建立了地下开发资源、地面拉动经济、空中减轻污染三个空间层次的集成仿真系统。仿真系统由流动模型、消费模型、环境模型和经济模型四部分组成。其中,流动模型是基础,它通过地下渗流模拟、地面管线流动模拟、空中污染物传质扩散模拟进行流量分析,再经过消费模型和环境模型,可得到污染物排放程度及空间分布。经济模型计算了由开发效益、环境效益和社会效益组合而成的综合经济效益,实现了西气东输走廊的资源、经济、环境的有机集成。最后,本文以西气东输终点的长江三角洲为例进行了计算,得出西气东输在资源、环境与经济上可取得的良好效果。     

Isogeometric Analysis-Based Topological Optimization for Heterogeneous Parametric Porous Structures

Porous structures widely exist in nature and artifacts, which can be exploited to reduce structural weight and material usage or improve damage tolerance and energy absorption. In this study,the authors develop an approach to design optimized porous structures with Triply Periodic Minimal Surfaces(TPMSs) in the framework of isogeometric analysis(IGA)-based topological optimization.In the developed method, by controlling the density distribution, the designed porous structures can achieve the opt...     

核素渗漏对地下水污染的数值仿真研究

研究放射性核素在地下水环境中传输的动力学行为是评价核废料处置库安全性能的一个关键性问题。以双重介质理论为基础，充分考虑了地下水变密度对核素浓度分布的影响，建立了孔隙-裂隙介质中核素随地下水迁移的耦合数值模型，其中相对密度项使地下水流控制方程具有非线性性，为此将Galerkin有限元法和Picard迭代法相结合对耦合模型进行了离散，并模拟了核素泄漏对地下水污染的动态过程。数值仿真的结果表明：污染面积随时间推移不断扩大，且纵向扩散显著：数值仿真结果没有出现弥散现象，验证了数值算法的可靠性；核素浓度的分布对水密度变化表现较为敏感，且不同核素（^226Ra、^210Pb和^90Sr）由于各自放射性衰变特征的巨大盖异，受到水密度影响的程度也有很大差别．因此，在对裂隙介质核素迁移的数值仿真分析过程中，不能忽略地下水密度的变化对其造成的影响。     

基于逾渗理论的细菌在多孔介质中分布研究

在分析细菌化学趋向性基础上,引入逾渗理论,提出描述细菌在多孔介质中分布的微观仿真模拟方法.仿真计算结果和实验测定结果对比显示,该方法可以较好地模拟再现多孔介质中的细菌菌浓分布情况.最后对该方法最有潜力的应用提出了建议.     

THE UPWIND FINITE DIFFERENCE FRACTIONAL STEPS METHOD FOR NONLINEAR COUPLED SYSTEM OF DYNAMICS OF FLUIDS IN POROUS MEDIA

For nonlinear coupled system of multilayer dynamics of fluids in porous media,the secondorder and first order upwind finite difference fractional steps schemes applicable to parallel arithmeticare put forward,and two-dimensional and three-dimensional schemes are used to form a completeset.Some techniques,such as calculus of variations,multiplicative commutation rule of differenceoperators,decomposition of high order difference operators and prior estimates,are adopted.Optimalorder estimates in L~2 norm are derived to determine the error in the second order approximate solution.This method has already been applied to the numerical simulation of migration-accumulation of oilresources.     

采场煤炭氧化自燃早期预测预报计算机数值模拟

本文根据在采场内促成煤炭氧化自燃的三个基本条件将其概括为三个物理量，即采场的风速、采场温度和氧的浓度，利用多孔介质渗流理论、传热学和弥散理论分别建立起来的研究三个基本物理量的数学模型及集合理论、模糊数学知识进行计算机数值模拟，根据模拟结果进行预测预报采场煤炭自燃发火程度及其时空环境的状态，从而确定控制煤炭继续加剧氧化的技术决策．