考虑源汇项的1维稳态流下非饱和土基质吸力的解析解

根据1维稳态渗流微分方程,结合Gardner模型,求解考虑源汇项的均质非饱和土基质吸力铅直分布通解,并据此求解不考虑源汇项和源汇项为非零常数两种情形下基质吸力铅直分布的特解。通过算例计算对比有源汇项蒸发、无源汇项蒸发、静水条件、有源汇项入渗和无源汇项入渗等5种情况下非饱和粉土层内基质吸力铅直分布规律。结果表明:源汇项为非零常数时,基质吸力铅直分布受土层表面比流量、源汇项,饱和渗透系数等因素控制;在静水条件下,基质吸力与距地下水位的距离呈线性关系;在非静水条件下,呈非线性关系。源汇项为非零常数且与流动方向同号时,比流量自地下水位处至地表递增。当地表比流量相同时,在蒸发条件下,基质吸力比无源汇项的相应条件下的基质吸力要小;在入渗条件下,则相反。

基于保水剂应用的土壤水分运移模型构建方法及源汇项求解

保水剂作为一种重要的非工程节水材料,已在旱地农业生产中得到了广泛应用,但适用于保水剂应用条件下的土壤水分运移模型还不多见。本文对保水剂应用条件下的土壤水力参数进行了重新定义,将非饱和扩散率D(θ)及非饱和导水率K(θ)分别表示为时变函数形式D(θ,t)和K(θ,t),在前人研究的基础上,对保水剂施入土壤中的时间和试验进行时间进行了统一,提出了适用于保水剂应用条件下的土壤水分运移模型构建方法及其源汇项求解方法,同时设置了数值试验对源汇项求解方法进行了检验。结果表明:时间步长、土壤层状性及边界条件对源汇项求解方法稳定性的影响较小,而时间间隔、水力参数、测试误差和仪器精度对稳定性的影响较大。

含源汇项定常对流扩散方程的有限解析差分格式

对于含有源汇项的定常对流扩散方程，本文导出了一种点点精确有限解所差分格式的一般公式，并讨论了源汇项的几种离散形式及对应差分格式的精度,最后利用数值算例验证了本文差分格式的性能．

关于正确处理对流－弥散方程和渗流方程中源汇项的若干问题

对流─弥散方程和渗流基本微分方程中的源汇项，分别是决定含水层中任一内点上水质量和溶质质量时变率的重要因素之一。而关于源汇项不适当的乃至是错误的表述，在文献中却不乏其见，其影响之大是显而易见的．本文深入分析了某些表述的不当或错误之处，给出了正确的处理与表述方法。

高频脉冲管制冷机的蓄冷器源汇模型、流动模拟和参数优化

蓄冷器是脉冲管制冷机的一个关键部件,其工作性能将直接影响整机性能.针对工质在蓄冷器内交变流动的特性,提出了一个新的源/汇项模型来模拟蓄冷器内的流动与换热,同时模型也考虑了气固间的非热平衡.对于蓄冷器和换热器内的固体填料,在一些假定条件的基础上推导得到了固体物质的温度分布的解析解.该模型不需要建立固体的能量方程,减小了计算的工作量,避免了达西定律在高频下不适用的限制条件,并针对交变流动情况下对流换热系数的取值提出了解决方法.新模型的计算结果与实验结果符合良好,验证了模型的可靠性.进一步应用此模型分析了蓄冷器内部的热交换和制冷机理,并进行了蓄冷器的优化设计,对于不同目数,不同丝径,不同材料的丝网,进行了各种情况下蓄冷器的换热性能优化分析.

地下水资源动态评价机制研究与技术实现

从WEB服务在地下水资源动态评价过程中的应用出发,重点研究了地下水资源动态评价的机制及实现过程,并通过华北地下水资源动态评价系统的开发,详细阐述了动态评价的原理、过程及关键技术手段等内容。

湖北一次梅雨期暴雨过程的数值模拟及云微物理特征分析

受低涡和切变线的影响,2020年6月27—28日湖北地区发生一次梅雨期暴雨过程,造成严重灾害和重大经济损失。为了深入研究云微物理过程对梅雨期暴雨的影响,提高梅雨期暴雨的预报预警能力,针对本次暴雨过程,利用WRF模式进行了模拟并分析了该系统的云微物理特征,探讨了云微物理过程对本次暴雨过程的影响机制。结果表明:(1)数值试验较准确地模拟出暴雨的落区及中尺度对流系统演变过程,且区域平均降水随时间的演变与实况较为一致,但总体偏强。(2)降水强度急速上升阶段,冰相粒子融化量大于雨滴搜集云滴,雷达回波迅速增强。降水强度变化相对平缓阶段,雨滴搜集云滴量逐步增多,超过冰相粒子融化。各类水成物均快速发展,回波不断增强,冰晶增长速度超过雪和霰。在区域平均降水到达峰值前,水成物(除了雪粒子外)含量、上升气流及雷达回波均已达极值。上升气流中心与冰相粒子、云滴含量大值区分布较为一致,有利于淞附过程。(3)冰相粒子搜集云滴总量一直小于雨滴对云滴的搜集,云雨自动转化量在降水强度减弱时增长更明显。冰相粒子在降水发展初期主要通过贝吉龙过程产生,随着冰相粒子的发展,淞附过程占优,直到系统衰亡。

数值模式的质量守恒方程中水汽源汇项作用的讨论

目前,数值预报模式、大气环流和气候模式及中尺度模式的湿空气质量守恒方程中一般都没有考虑水汽源汇项的影响。文献[6]虽然在基本方程组的质量守恒方程(T2)中列出了源汇项,但是在计算所用的该方程近似形式(T6)中还是把它忽略了。实际大气中存在着水分的凝结与蒸发,有时凝结还是很强的。本文将讨论水汽源汇项在湿空气质量守恒方程和有关方程中的作用,以及它们对数值预报结果的影响。

北方两次不同类型降雪过程的微物理模拟研究

利用中尺度模式MM5分别模拟了中国北方地区两次不同类型的降雪过程:2001年12月7—8日的北京小雪和1999年11月23—24日的辽宁雨转雪过程。文中还从微物理角度研究了这两次降雪过程,分析不同天气条件下降雪的水成物相态及其源汇项分布特点,并初步探讨云物理过程对降水热力、动力过程的反馈作用。重点分析了云物理变量的模拟结果,计算时采用输出水成物源、汇项小时累计量的方法,讨论了最大降水时段内各源、汇项的分布特征,并通过敏感性试验,分析了水成物相变潜热作用和降水粒子的拖曳作用对云的反馈影响。结果表明,云中水成物相态分布与温度有密切关系,北京小雪过程为气、固两相粒子作用,辽宁雨转雪过程为气、液、固三相粒子相互作用;在最大降水时段内,雪的产生主要来自于水汽凝华增长和雪收集冰晶增长,过冷水对形成霰很关键,冰相粒子融化加强雨的形成;降雪过程对热力、动力过程具有一定的反馈影响,相变潜热对上升运动和降水有正反馈作用,降水粒子下落拖曳力对上升运动和降水有负反馈作用。辽宁降雪过程降水粒子丰富,云物理过程对降水热力动力过程的反馈作用比北京小雪要强一些。

考虑土壤中硝态氮转化作用的传递函数模型

本文运用传递函数模型 ,模拟了冬小麦从播种至返青期地中渗透计土壤 2m出流处的NO-3 N浓度动态 .假设模拟时段内冬小麦的根系吸氮与累积实际蒸散量成正比 ,计算了冬小麦的吸氮动态 (汇项 ) ;联立由田间氮素平衡法所得的净矿化项 (源汇项 )从而获得净源汇项 .在模型中将NO-3 N在土壤中的主要转化作用作为源汇项嵌入传递函数的模型中 ,建立了NO-3 N这一不稳定溶质在土壤中淋失的传递函数模型 .通过对比实测资料 ,表明作者提出的考虑NO-3

风环境数值模拟中模拟植被的数学模型与应用

在建筑风环境数值模拟中,植被的影响通常不可忽略,而且流经植被覆盖区的湍流流动非常复杂.为此,采用在动量和湍流输运方程中附加源/汇项的方法,结合粗糙壁面率修正,模拟植被绕流效应.首先基于剪切应力输运(shear-stress transport,SST)k(湍动能)-ω(耗散频率)模型,从理论上推导了湍动能耗散频率ω方程的新的附加源项模型;其次,采用数值模拟方法,以一植被挡风墙试验为例,对该模型进行了验证;最后,将模型应用到一高层建筑群风环境的数值模拟优化设计中.结果表明,该模型可以较准确有效地模拟建筑风环境中的植被效应,因而具有一定的理论和实用参考价值.

“99.6”梅雨锋暴雨云和降水物理过程的中尺度数值模拟

用MM5(V2)中尺度非静力数值模式对长江中下游地区的梅雨锋降水的云和降水进行模拟研究。对于可分辨尺度的降水,采用Reisner霰显式方案;对云内微物理过程特别是对各种水成物的源汇项进行了详细分析,以期深入了解梅雨锋云系内部的云物理过程。

一次梅雨锋暴雨过程数值模拟的云微物理参数化敏感性研究

梅雨锋暴雨中的云微物理过程对降水的演变有着重要影响。本文通过WRF模式(3.4.1版本),针对2018年6月29~30日一次梅雨锋背景下的暴雨过程进行数值模拟,分别采用了Morrison、Thompson和MY云微物理参数化方案进行对比分析,结果发现:(1)三个方案模拟的背景场在天气尺度上,都与ERA5再分析资料一致,能够模拟出有利于强降水发生的环流场。云微物理过程对梅雨期暴雨的局地环流有着显著影响,不同方案存在明显差异,本次过程中,Thompson方案模拟出更强的局地环流系统变率和上升气流。三个方案的模拟降水均有所夸大,小时降水率始终大于观测值。冰相粒子融化或雨滴搜集云滴的高估可能是造成降水模拟值偏强的重要原因之一,总体来看,Morrison方案的模拟效果相对最优。(2)冰相粒子融化、雨滴搜集云滴是雨滴增长的关键源项,蒸发则是其最重要的汇项。总的来说,雨滴对云滴的搜集量大于冰相粒子融化。但上述过程在不同方案中存在空间上的差异,从而使得模拟降水的空间分布存在差异。(3)Thompson方案中,冰相粒子融化量最大,雨滴蒸发项显著大于其它两个方案,在底层表现得最为明显。同时,该方案水汽凝结效应最强,使得雨滴搜集更多云滴。该方案模拟的雨滴最多,降水最强。该方案中凝华的主要产物为雪,且其在与过冷水碰并增长过程中占主导地位,故模拟的雪最多。(4)Morrison方案中,水汽主要凝华为雪和少量霰(冰晶忽略不计);Thompson方案中水汽基本凝华为雪,其它冰相粒子极少;MY方案中,水汽主要凝华为雪和冰晶,冰晶总量略少于雪,但显著大于其它方案。(5)云滴在凇附过程中的总体贡献大于雨滴。Morrison和MY方案中,霰粒子搜集云滴增长的量均最大。Morrison方案中,其它凇附过程不同程度发挥作用,而MY方案中,其它凇附过程几乎可忽略不计。并且,霰粒子搜集云滴的增长量大于凝华过程产生的雪粒子总量。贝吉龙及凇附效应的差异,是不同方案中冰相粒子分布差异的关键原因之一。

基于数字岩心技术的气体解析/扩散格子Boltzmann模拟

在页岩气和煤层气等非常规储层中普遍存在着气体解析/扩散现象,为了描述微观尺度下的流动模拟,通过在格子Boltzmann方法的演化方程中添加源汇项,模拟了多孔介质中的解析/扩散现象。并以Langmuir等温吸附定律为例进行模拟,模型计算结果与宏观扩散方程的有限差分结果基本一致,但有限差分方法对时间步长要求较高,计算量比格子Boltzmann方法大,格子Boltzmann方法在迭代次数上具有明显的优势。最后基于CT扫描的二维数字岩心,模拟了气体在复杂结构多孔介质中气体解析/扩散过程。这种处理方式避免了复杂的边界条件,计算量不会明显增加,并可以用来模拟具有复杂孔隙结构的真实岩心中的解析/扩散现象,同时可以根据不同储层中气体满足的解析/吸附规律来配置源汇项。

关于半拉格朗日半隐式大气模式的时步问题

讨论半拉格朗日半隐式大气模式中时步的限制,展示时步过大时用一般的首尾两点平均方案计算非线性源汇项的严重误差,提出精确的源汇项计算格式并作了特例计算和比较,讨论了被模拟的大气过程和波动的特征对时步的要求,指出柯朗数NC=C.Δt/ΔX是大气模式时空步长匹配的重要参数。指出云降水和大气化学过程特征时间对相应的正定变量的计算时步的限制。

一维土柱试验的数学模型

主要讨论了一维土柱试验模型及其反问题.考虑到溶质在土壤及地下水中迁移的非线性行为,认为通常模型中的阻滞因子应改为与溶质浓度相关的泛函,而零阶产出项应为与时间、空间及溶质浓度相关的非线性项,进而提出了一类新的描述一维土柱试验的非线性数学模型.对于模型参数的识别问题,给出了两类典型的确定阻滞因子与源(汇)项系数的土柱试验反问题.最后,以淄博张店孝妇河-张冉原状土柱试验为例,应用所建立的数学模型对试验结果做了初步的阐释.

地下水流模型识别的分步解法

地下水流模型识别问题是综合的水文地质分析与计算过程,但常常被片面理解为反求水文地质参数问题,这种片面的认识大大妨碍了对水文地质条件的认识及对水文地质过程的理解,并由此导致一些不应有的错误结论。简要论述了地下水流模型识别的概念及问题类型,利用模型分解的方法指出地下水流模型的识别可分2步完成:一是利用附加水头场(或附加降深场)求参数;二是利用初始水头场确定边界条件及源汇项。除参数外,源汇项、初始条件、边界条件也是地下水流模型识别的重要内容。

一维稳态流下非饱和土有效应力参数及吸应力铅直分布理论解

为研究考虑源汇项的一维稳态流下非饱和土有效应力参数和吸应力铅直分布,依据Vanapalli和Fredlund有效应力参数,推导有效应力参数及吸应力铅直分布理论解,并与无源汇项时的理论解对比验证;计算并分析典型土类有效应力参数及吸应力铅直分布规律。结果表明:源汇项为非0常数时,土层水力参数、水文参数等控制有效应力参数和吸应力铅直分布。随距地下水位高度增大,非饱和砂土、粉土和黏土有效应力参数呈递减趋势;砂土吸应力呈先增、后减趋势;黏土吸应力呈增大趋势;蒸发条件下,非饱和粉土吸应力呈先增、后减趋势;入渗条件下,呈增大趋势。

北京地区一次冬季降雪天气及其云微物理过程的数值模拟

为了解北京降雪的微物理机制,利用中尺度数值模式WRFV3.9.1(选取Thompson微物理方案),对2015年11月22-23日北京的一次降雪天气进行模拟,并利用常规降水资料、探空资料、雷达资料对模拟结果进行验证,在此基础上分析此次降雪的云微物理过程.结果表明,华西倒槽顶部的偏东风气流为此次降雪发生、发展带来了充足水汽,形成回流降雪天气.模式能够很好地模拟出雷达回波和降水的分布及时间演变特征.模拟的云雷达站点的反射率和水成物粒子的时空演变和Ka波段垂直指向雷达的观测结果较为一致.对云微物理结构的模拟结果分析表明,雪花主要的3个源项分别为雪花凝华、雪晶碰冻云水、冰晶自动转化成雪,在低层有雪花升华;高空的冰晶主要来源于凝华,经冰晶转化为雪的过程消耗;低层的霰粒主要来自雪晶撞冻云水.

场地平整前后地下水流场变化对预测结果影响研究

在地下水环境影响评价中,往往会忽略地形地貌改变导致的地下水流场变化,由此可能造成影响预测结果的偏差。以某新建石化项目为例,利用GMS软件分别建立项目建设前、后所在水文地质单元的数值模型,对两者的地下水源汇项及流场变化进行对比分析,并预测事故工况下污染物泄漏对地下水及环境敏感目标的影响变化情况。研究结果表明,项目场地地形地貌发生改变,会导致局部地下水流场特征发生一定程度的变化,产生不同的预测结果,从而影响后续的减缓措施及监测方案设计。