大中尺度大气污染物扩散数值模拟研究进展

应用大气污染物扩散模型模拟大中尺度下大气污染物的扩散和输送特征,为空气质量预报和健康风险评估等工作提供了科学依据。总结了目前广泛应用于模拟大气污染物的模型,以放射性核素为例,详细比较了高斯模式、拉格朗日模式和欧拉模式中应用较广泛的模型对模拟放射性核素的干湿沉降、输送和扩散的性能,展望了未来提高数值模拟精确度的方法和发展趋势,通过人工智能算法提高气象数据的质量以及贝叶斯反演方法提高排放源清单的分辨率,对未来提高模拟精确度具有重要的意义。     

大亚湾海域马尾藻对放射性核素110mAg 迁移转化的数值模拟

应用潮波方程和扩散方程计算出放射性核素110 mAg在大亚湾的浓度分布,使用库室模型描述海洋生态系统动力学微分方程组,建立了海洋生物库室简化模型,得出大亚湾海域马尾藻对放射性核素110 mAg的迁移转化在各网格处达到动态平衡时的浓度规律. 模拟结果与实测数据基本一致,说明模型的建立及参数的选取是恰当的. 该方法为预测核电站废水排放中放射性核素的对海洋生物的影响提供了科学依据.     

某区域地下水流动与核素~3H迁移的数值模拟

为评估某特定区域内放射性核素分布情况,通过开发应用GMS软件,对某区域内地下水流动和3H(氚)的迁移行为进行了数值模拟,获得了压力水头和速度场等参量,以及特定位置3H体积分数随时间变化曲线。对比分析表明,计算结果与实验测量结果基本一致。该方法可以应用到其它区域、其他类型的核素迁移研究中。     

消费者消费罗非鱼意愿的影响因素——基于江苏省236个消费者调查的实证分析

利用江苏省2个城市236个消费者的调查数据,通过建立Logistic模型对江苏省消费者消费罗非鱼意愿的影响因素进行分析.研究结果表明:消费者的受教育程度、产品品牌及罗非鱼的宣传推广对消费者消费罗非鱼意愿有正向影响;消费者的年龄、罗非鱼认知度以及消费者对罗非鱼食用频率对消费者消费罗非鱼意愿有负向影响.同时,消费者对水产品偏好、城市化、家庭规模、家庭月总收入等因素没有通过显著性检验,对消费者消费罗非鱼意愿没有显著影响.     

铀尾矿库周围地下水运动数值模拟

铀尾矿库中的放射性核素及重金属等有害物质随着渗水进入含水层后,将随地下水的运动而进行迁移。为了研究污染物在地下水中的迁移规律,采用二维稳定流数学模型对铀尾矿库周围地下水流场进行概化,并用Galerkin有限元法对模型进行了求解。将数值模拟的等水位线同实测的等水位线进行对比可以发现,两者拟合较好,将流场模拟的结果作为水质模型的输入参数是比较可靠的。     

浮式养殖网箱系统的数值模拟

对一种浮式网箱及其系泊系统建立了有限元模型。为了确保计算模型的准确性，对网箱系统的主要部件分别进行了模拟并与实验结果验证。进而对该模型在不同来流方向，以及网面阻力受水流遮蔽效应的影响进行了数值模拟研究。结果表明，所建立的数值模拟系统是有效和合理的，能够作为网箱设计和优化辅助系统。     

数值模拟方法在构造变形研究中的应用

构造变形数值模拟方法可以综合利用地质、地球物理、地球化学等方法的研究成果,建立和模拟不受时空限制的各种地质模型,是现代地球科学研究的重要方法之一。文章以造山带、盆地及褶皱的模拟为重点,综述了数值模拟方法在构造变形研究中的应用,总结了在地质构造变形研究中进行数值模拟的2大类方法,分析评价了几种通用数值模拟软件的特点及其在构造变形研究中的应用;从地质模型的建立、力学模型的建立、计算模型的建立、模拟结果的分析与评价等方面,分析讨论了进行构造变形数值模拟时应注意的问题。     

基于正交实验的空调换热器流场模拟及性能分析

文章运用Fluent软件对空调中换热器气态流场进行数值模拟分析.在进行计算网格划分以及建立控制方程基础上,对其温度场、速度场、压力场等关键性能要素进行数值模拟及过程实验.通过正交实验获得复杂流场性能的动态描述,有利于对其性能参数的数值分布及演变进程提出量化机理方案.该研究为后续开展的空调换热器性能以及结构参数优化提供了理论基础和数据准备.     

二维粘弹介质五点八阶超紧致有限差分声波方程数值模拟

本文首次将五点八阶超紧致有限差分格式(CCD8)用于粘弹介质声波方程的数值模拟中。此文根据泰勒级数展开粘滞声波方程,建立了位移场时间二阶离散格式,将CCD8用于对位移场空间导数的求取。然后,对CCD8格式进行稳定性研究,频散的压制效果对比分析,及截断误差对比。将CCD8格式运用于均匀介质模型以及水平层状介质模型中进行数值模拟,最后运用于对Marmousi模型的数值模拟中。研究结果表明：(1)CCD8与普通八阶紧致差分相比,具有更小的截断误差、更高的模拟精度以及低数值频散的优势;(2)CCD8具有较高稳定性;(3)采用完全匹配层(PML)对人工边界进行处理后对均匀介质、含有层状介质以及Marmousi模型进行粘弹声波方程的数值模拟,发现模拟效果不错,从而验证了方法的实用性和有效。     

矩形盒拉深成形的数值模拟与实验

建立了矩形盒拉深成形的有限元三维模型,对其进行了数值模拟分析,并把数值模拟结果和实验结果进行了对比分析,讨论了在有限元数值模拟过程中虚拟冲压速度对模拟结果的影响,发现增加虚拟冲压速度会带来系统的惯性效应,当虚拟冲压速度大于一定值时,会使模拟结果严重失真．板材拉深数值模拟时最大虚拟冲压速度建议设定在2000mm／s范围内．     

湛江近海全日分潮的数值模拟

通过采用二维水动力学数值模式和高分辨率的自适应曲线网格,模拟湛江附近海域主要全日分潮K1和O1分潮,比较了潮汐调和常数的模拟值和实测值,并给出K1和O1分潮的同潮图及涨憩、落憩、涨急、落急等各时刻流场,揭示了全日潮波的运动规律。     

大丰港匡围工程对潮流泥沙影响的模拟研究

建立了大丰港临近海域平面二维潮流泥沙数值模型,模拟计算了研究区域大小潮特征时刻的水沙空间分布特征。模型利用实测数据进行验证,计算结果与实测潮位、流速、流向及含沙量数据吻合良好。在模型验证良好的基础上,模拟围垦工程建设前后周围流场和悬沙场的变化。研究发现:围垦工程使得工程向海一侧流速减小。对于悬沙浓度,涨急时刻工程北部含沙量减小,落急时刻工程向海测含沙量增大。     

基于不同节理模型的岩体边坡稳定性分析

利用离散元对节理岩体工程进行稳定性分析时,节理的本构关系对分析结果有重要的影响.详细介绍了基于离散元UDEC软件,利用Barton-Bandis(BB)和Mohr-Coulomb(MC)本构模型分析节理岩体边坡稳定性的主要区别.在BB模型中,由于膨胀角随剪切运动呈非线性变化,节理岩体边坡分析所得到的运动规律与现场监测数据所反映的边坡运动规律一致,而MC模型分析结果则与现场监测数据所反映的边坡运动规律相差甚大,因此,离散元中BB模型更适合于用来分析节理岩体工程.根据BB模型模拟分析的结果,对依托工程边坡采取了喷射厚度10 cm混凝土进行加固的措施,模拟结果表明,喷射10 cm混凝土对边坡稳定性起到了良好的加固作用,依托工程正是按此加固方案进行施工.     

杭州湾湾内天文潮与风暴潮耦合模式建立与应用

区域水资源复合系统的可持续利用演变呈不同S形增长模式.基于线性假设的Logistic模型不能够反映演变模式的多样性,所以引入更有弹性的Richards模型来描述区域水资源复合系统的演变过程,将其演变模式分为前后相近型、迅速崛起型和缓慢崛起型;并通过分析不同演变模式的特征得出,迅速崛起型的顶峰期前期、缓慢崛起型的起步期后期也是可持续利用的理想区间.在此基础上,进一步分析了区域水资源复合系统可持续利用长期演变轨迹,表明演变是连续性渐变和间断性"涨落"的结合.最后,以大连市为例,做了定量的应用研究.结果表明,大连市水资源复合系统1980～1988年、1990～1998年的演变轨迹呈规则的S形,其演变模式均属于迅速崛起型;1980～2007年的演变轨迹渐变中存在着"涨落",基本符合S形,属于缓慢崛起型.     

单榀钢混框架结构内爆法拆除模拟

为了研究内爆法拆除混凝土框架结构的基本规律,作者使用LS-DYNA中的MAT159本构,采用分离式constrained方法建立钢筋混凝土模型,建立了一个10层5跨的混凝土单榀结构模型,待重力平衡后,采用不同拆除顺序对内爆拆除进行了数值模拟.模拟结果显示了不同内爆方法的倒塌规律,并提出了延期时间的确定原则.     

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。     

赤潮藻类的氮磷比耐受性响应模型

为研究赤潮藻类的氮磷比耐受性响应机制,总结了赤潮藻类最大比生长速率与氮磷比的关系,以谢尔福德耐受定律为依据,建立了赤潮藻类最大比生长速率与氮磷比的耐受性模型,并以中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为例进行实验验证.结果表明,该耐受性模型在理论上与谢尔福德耐受定律较为吻合,且能反映出赤潮藻类的氮磷比耐受性生态幅和最适生长范围,及氮磷比对赤潮藻类生长产生的正负效应,并定量获得适合赤潮藻类生长的最佳氮磷比.     

Potential relationships between atmospheric particulate matter transported by winter monsoons and red tides in the East China Sea

Combining numerical diagnosis from atmospheric science with biogeochemical methods,a model of the potential correlation of monsoons with red tide emergence in the East China Sea is constructed.The model is designed based on an in-depth investigation of the time-space relationship of aerosol and red tide events in the East China Sea from 2005 to 2006,and a continuous monitoring of atmospheric particulates at two stations.The study shows that every red tide event investigated has a close relationship with aerosols coming from the northwest (wind direction in winter) along with subsidence flow.The elemental abundance of total suspended particulate in Hangzhou and Tiantai is different from that of soil background levels,indicating atmospheric particulates there are brought in by winter winds.There is a significant correlation between the content of iron and phosphorous in atmospheric particulates,which mainly exist in binding materials between particulates.In addition,the confined absorption of iron and phosphorous by red tides is related to the intensity of sunlight.These results provide new information regarding the mechanism for the high frequency of red tides in the East China Sea.The results also provide a scientific basis for establishing new pathways for pre-warning and forecasting of red tide disasters.     

闽江河口三维潮流和余流特征及污染物运动轨迹的数值模拟

基于河口、陆架和海洋沉积物(ECOMSED)模型,将干湿网格判别技术引入潮汐潮流的漫滩过程,建立闽江河口的三维斜压潮流数值模型;开展闽江口潮流、余流的三维动力学特征研究,并基于Lagrangian粒子示踪法进行污染物迁移轨迹的模拟.结果表明:潮流受闽江径流作用影响明显,落潮流速大于涨潮流速;与涨急时相比,落急时的流速呈现明显的分层现象,且随水深的增大而逐渐减小,流速减小的幅度较大;北支水道余流强度大于南支水道;垂向上,表层余流流速大于底层余流流速,表、中层余流以落潮余流为主,而底层余流则以涨潮余流为主.粒子追踪的模拟结果表明:涨憩时刻是较理想的排污时间,梅花水道与川石水道以南沿岸是较理想的排污口位置,表层排放的污染物更容易且更快向闽江河口外迁移.