基于环境流体动力学模型的浅水草藻型湖泊水质数值模拟

针对内蒙古乌梁素海面临的污染现状,基于三维环境流体动力学模型(EFDC)的计算模式,将其与CE-QUAL-ICM模型耦合,模拟了不同情景下的乌梁素海藻类、总氮、总磷、化学需氧量年际和季节变化规律,模型中不仅考虑了风速和蒸发对模型的影响,也加入了挺水植物密度、高度、直径等形态指标,以此反映水生植物存在的区域中植物吸收降解污染物质、风速对底部应力、流场变化等因素对模型模拟结果的影响。研究结果表明:考虑挺水植物分布的耦合模型能够很好的模拟藻类和污染物质在乌梁素海内的年际、季节变化过程,模拟结果更接近于实际,模拟值与实测值间的相对误差基本控制在30%以内,大部分相对误差已控制在20%以内;降低入湖污染物质负荷直接影响着湖区内水质浓度的变化。另外,对于浅水或挺水植物密集而无法进入取得信息的区域,利用所建耦合模型能够为这些区域湖泊规划、管理、修复提供依据。

环境流体动力学数学模型在太平水道潮流场计算中的应用

采用环境流体动力学数学模型对太平水道潮流场进行了计算 ,计算中用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的 Sigma坐标相结合以及三维数学模型二维化的方法。计算结果与实测结果比较表明 :模型较好地重演太平水道潮流场 ,可以用于工程实际中的沿岸及受潮汐影响的水道潮流场问题的计算。

基于环境流体动力学模型的蠡湖补水方案数值模拟

为提高蠡湖水体透明度,无锡市拟将太湖水处理后对蠡湖进行生态补水。利用环境流体动力学(EFDC)模型,通过建立悬浮物浓度和透明度的关系,模拟不同补水工况下蠡湖悬浮物浓度随时间变化规律,预测生态补水对蠡湖透明度的改善效果。分别对不同进水流量(7.5、15.0、22.5 m^(3)/s)、出水点(梅梁湖泵站与曹王泾泵站)流量分配比例(1.0∶1.0、1.5∶1.0、2.0∶1.0)下的补水效果进行了模拟。结果表明,在同一进水流量下,分配比例为1.5∶1.0时效果最佳,此时全湖悬浮物平均浓度下降较快,在此分配比例下若达到相同透明度0.71 m,进水流量7.5、15.0、22.5 m^(3)/s工况下分别需要补水27、13、9 d;如果在蠡湖A区(退渔还湖区)建设挡水墙,可以大幅提升补水效果,缩短补水时长,平均透明度可提高至1 m左右,研究结果为确定补水工程建设规模和运行方式提供了依据。

湖泊流体动力学模型及实验

从二维浅水非恒定流的控制方程出发 ,建立了一个二维湖泊流体动力学模型。并根据天津于桥水库的实际情况 ,对该水库引水期和非引水期的湖水流场的不同情况进行了模拟试验。结果表明 ,在引水期水库的流场达到稳定状态时 ,水库流场有一个自东向西的水流主要通道。还对水库出口处有初始水体流速的情况进行了模拟。模拟的结果与于桥水库的实际污染物浓度分布基本一致。

基于CT影像的肺动脉及其分支血流动力学数值研究

目的:定量研究肺动脉(PA)内的血流动力学环境,寻求其与肺动脉高压(PAH)发生、发展的关联。方法:结合临床测得的血流动力学参数和CT影像数据,对肺动脉及其分支进行三维重建,获得真实的肺动脉及其分支的三维立体几何结构;针对重建后的肺动脉及其分支的三维几何模型,主肺动脉入口条件采用Womersley脉动速度分布,进行了计算流体力学(CFD)数值模拟,求解了心动周期内肺动脉及其分支内的血流动力学参数,分析了心动周期内不同时期的流场、压力和壁面剪切应力的变化情况,及其对生理过程的影响。结果:仿真计算表明,正常成人在心脏收缩期,主肺动脉及左、右肺动脉分支压力均较舒张期高,收缩期右肺动脉压力明显高于左肺动脉,右叶间动脉压力较左侧高;主肺动脉及左、右肺动脉内的流速有显著性差异,右肺动脉远端流速远大于左肺动脉;在收缩期,右肺动脉分叉前近端血流形成高壁面剪切力场。结论:右肺动脉近端和右叶间动脉是承受压力较大,最早出现改变的阶段,对于早期肺动脉高压的诊断,应着眼于此段动脉的形态及功能改变。

基于EFDC模型的太湖微塑料迁移规律及污染概率分布模拟

通过耦合太湖环境流体动力学模型与拉格朗日粒子模型,计算了太湖6个主要输入源的微塑料粒子漂移路径,分析了影响微塑料粒子漂移路径的主要因素,进而评估了太湖湖区的微塑料污染概率。结果表明:微塑料输入源位置和附近湖流是影响微塑料迁移和归趋结果的重要影响因素;受湾内环流影响,湖湾是太湖微塑料的主要归趋位置,竺山湖和贡湖除受纳自身输入源的微塑料粒子,还受纳来自西、南沿岸区的微塑料粒子;竺山湖是太湖微塑料污染概率最高的湖区,污染主要来自湖湾自身输入源和西沿岸区输入源,其次为西沿岸区,其污染主要来自自身输入源和南沿岸区输入源。

基于EFDC模型研究文昌清澜潮汐汊道人类活动对水交换速率的影响

文中利用水龄浓度概念,结合计算水交换时间的水质模型公式,在 EFDC（环境流体动力学模型）水动力基础上,分别计算了1965年和2006年清澜潮汐汊道的海湾水交换时间。研究结果表明,2006年的平均水交换时间为107d,1965年的平均水交换时间为114d,发生变化的主要原因是清澜港航道被浚深至7-8m,潮汐动力显著增强,纳潮量增加了4.3%所致。

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.

基于EFDC模型的感潮江段溢油事故风险预测

为了在溢油事故发生后能够立即采取有效措施控制和减轻油污染,降低事故危害,采用环境流体动力学模型(EFDC)对长江下游靖江段某码头进行溢油事故风险影响预测。通过EFDC准确地模拟出该江段的二维流场,在流场、风场以及复杂地形等综合条件下,采用拉格朗日质点追踪法计算油品入江后油膜漂移轨迹以及到达、离开下游保护区的时间。结果表明:油膜沿水流方向逐渐被拉伸,覆盖面积逐渐增大,且受长江地形条件影响;在感潮江段,潮流场对油膜漂移行为的影响占主导作用,同时风场也会影响油膜的漂移行为。受涨落潮的影响,油膜向下游来回震荡漂移;溢油事故发生时刻的流场不同,油膜往下游漂移的速度也不同,当溢油事故发生在落潮时,油膜往下游漂移速度更快;不利风向时风速越大,油膜往下游漂移的速度越快。

基于SWMM-EFDC耦合模拟的新凤河流域水环境治理工程效应评估

科学评估水环境治理工程的环境效应,对于制定和优化河湖治理方案、推动科学治污具有重要意义。新凤河流域为北京城市副中心水安全重要保障区,水污染(黑臭)问题突出,为科学评估新凤河水环境综合治理工程效应,构建了基于暴雨洪水管理模型(SWMM)与环境流体动力学模型(EFDC)水陆一体化耦合模拟的工程环境效应评估技术方法,开展流域截污治污、湿地建设、引水补水和初期雨水调蓄工程的环境效应定量模拟评估。结果表明:影响治理工程效果的主要因子包括截污率、湿地处理标准、补水水质和初期雨水调蓄能力;综合工程及各单项工程对水质改善均有积极贡献,以水质污染物浓度平均降低率评价工程贡献结构为综合工程(69.8%)>截污(63.1%)>补水(51.7%)>湿地(50.5%)>调蓄(3.8%),以平均达标率评价工程贡献结构为综合工程(96.7%)>截污(85.2%)>湿地(32.6%)>补水(32.5%)>调蓄(0.9%),以负荷减排评价工程贡献结构为截污(512.4 t/a)>综合工程(319.3 t/a)>湿地(89.9 t/a)>调蓄(21.9 t/a)>补水(-62.6 t/a)。基于SWMM和EFDC构建的水陆一体化耦合模型在水环境治理工程效应评估中具有较好的适用性,对于城市河道的水污染控制具有一定的指导意义。

一种计算机模拟的针阔林木抗风性能分析

自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响。以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模型,在3个不同叶面积密度下进行风力作用下的仿真模拟实验。分别使用改进的k-ε双方程模型和k-ω双方程模型以设置风环境,并且用龙格-库塔法分析求解湍流模型。k-ε双方程模型下,当叶面积密度分别为1,5和10 m~2/m~3时,阔叶林背风侧20 m处的最低风速与入口风速相比下降了49.60%,67.23%和80.40%,针叶林分别为55.13%,68.90%和78.29%。k-ω双方程模型展示了阔叶树林内部风场的复杂性。结果表明,叶面积密度与树林挡风能力之间是非线性关系,树林的挡风能力随叶面积密度的上升而增强,增强到一定程度后上升幅度减缓。不同的树木结构会导致风场的变化,影响同等强度风荷载下的受损概率和挡风能力。叶面积密度高、树冠体积大的树木更容易在强风中受到损害。

乐清湾海洋环境季节特征及水交换过程研究

基于4个航次的实测资料,分析乐清湾的温(度)盐(度)、潮汐、潮流和余流等海洋环境季节分布特征,并采用环境流体动力学模型研究乐清湾的水交换过程,提出一个计算海湾水体平均置换率的简单公式,以直观描述湾内水体与湾外水体交换的过程特征。结果表明,乐清湾的水交换能力与湾内温(度)盐(度)水平及断面分布特征一致,从口门到湾顶,水交换能力差别较大,连屿至打水山断面以南的水体基本1个月可完全交换,连屿至打水山断面以北的水体2个月仍然无法交换到湾口水平。

南水北调工程对衡水湖水环境的影响预测

利用2003年衡水湖水体溶解氧和氨氮浓度的实测数据对环境流体动力学模型EFDC的计算结果进行的验证结果表明,EFDC模型可以应用于衡水湖的水环境模拟。该模型预测南水北调工程对衡水湖水环境影响的结果表明,水温受水深、大气温度和调水温度的影响,而溶解氧浓度主要受水温影响;调水期不同的调水方式对湖内的污染物浓度变化有一定影响,调水结束后扩散作用使湖内的污染物浓度趋于一致。为了能够容纳南水北调来水,增容势在必行。建议将衡水湖挖深,这样既可扩充湖的容量,也可将污染物含量高的底泥挖除,使水质不易变坏。

三峡库区溢油快速预报模型在回水变动区的应用研究

三峡库区危险品码头数量和吞吐量逐年增加,危险品船舶流量逐渐增大,尤其是回水变动区,长年库区航段与自然航段交替出现,航道、水文、气候条件变化较大,水上交通安全风险隐患较多,发生溢油事故风险较高.文中通过基于环境流体动力学模型和溢油漂移扩散模型建立了三峡库区溢油快速预报模型,并利用该模型对几种假定情景下的三峡库区回水变动区典型水域长寿段内的溢油事故进行了模拟,并根据模拟结果提出了相应的控制策略.

建筑结构风荷载与风环境数值模拟仿真研究与工程应用

本文首先对建筑结构风工程数值模拟方法的特点做了简明介绍;接着提炼了风工程数值模拟研究的几个基础问题包括湍流模型与数值参数影响、平衡边界层的数值模拟、复杂建筑结构的数值风洞建模等,介绍了这方面的最新研究进展和成果;然后,结合建筑工程实践,概述了风工程数值模拟方法在解决复杂建筑结构风荷载与风环境等问题中研究和应用成果;最后,对风工程数值模拟研究做了展望。其中许多成果为作者在研究和实践中的提炼和总结,对从事建筑结构风工程数值模拟研究具有一定参考价值。

室外交通污染物对临街建筑室内环境的影响分析

采用计算流体动力学(CFD)模拟和CONTAM模型结合的方法,分析室外典型交通污染物CO对临街建筑室内环境的影响。结果表明,来流风向、建筑间距和建筑排布形式均对临街建筑室内CO浓度分布产生影响。来流风向角(θ)为15°时,室内CO浓度最低,而θ为45°时,CO浓度最高;随着建筑间距增加,室内CO浓度不断降低;交错排布的建筑形式下,室内CO浓度明显低于对称排布的建筑形式。临街建筑室内CO浓度逐时变化与室外街道峡谷内车流量变化保持一致。

云团形成的流体动力学

为了预言天气和气候模式,气象学家们采用大规模计算的一般环流模型(general circulation models,GCMs)。这些模型采用解方程的方法来描述地球的大气圈如何演变,但它们很难描述一个关键的大气圈特征:云团。在美国物理学会第73届年会的流体力学分会中,云团物理小型研讨会邀请了一系列报告,之后2022年5月在Physical Review Fluid发表了系列论文,讨论了用于云团如何生长及与周围环境相互作用的模型,以及如何降低使用这些模型的不确定度。

防护林带:湍流的数学模型与计算机模拟

虽然防护林用于减小风速、控制热量和水汽传递及污染物扩散、改善气候与环境、增加作物产量等已经有几百年了,但直到近几十年,人们才开始系统地研究防护林空气动力学的遮蔽机制.在本综述中,我们考察了绕防护林带的流动与湍流控制机制,最新的模型与数值模拟研究情况;通过数值模拟与实验数据的比较,来了解防护林带结构与防风效果之间的关系;讨论数值分析如何及为什么能够得到所需要的结果.本文将从多孔隙防护林带流动基本方程组的推导开始,讨论数值模型及模拟过程,对附体与分离流动进行预测;分析了遮蔽机制与动量交换;对风向、防护林密度、宽度和三维性对流动与湍流的影响作了系统的论述.还对热流和土壤水分蒸发的新模型及数值模拟作了简述.最后,我们对网络工作站、群和高性能分布式并行计算机及其对防护林带模型预报能力的提高作了讨论.

零方程湍流模型用于城市微气候的模拟研究

室外微气候环境对城镇人居环境和建筑能耗有重要影响,数值模拟技术作为快速的预测方法能有效评价社区规划的优劣。文章选用风洞实验数据对湍流涡粘度表达式进行优化,提出新的零方程湍流模型(ZeroEQ),并与两方程湍流模型(MMK)、大涡模拟(LES)和风洞实验数据进行对比分析;通过对寿安新城区零方程湍流模型的应用分析,探讨该模型应用于实际工程项目的可行性。结果表明:在同等计算机配置下,Zero-EQ模型比MMK模型快60%,是LES模型计算所需时间的1/15,能有效地预测不规则建筑群的流场分布;通过分析不同地形区域的风热环境特点,Zero-EQ模型可快速预测城镇微气候环境,为城区规划设计提供合理建议。

EFDC模型在水环境管理信息系统集成开发过程中的关键技术研究

随着环保信息化工作的不断推进以及水环境质量模型研究的不断深入,人们对在水环境管理信息系统中集成水环境质量模型的需求变得越来越突出。简要介绍了EFDC水环境质量模型的研发历史、在国内的应用现状以及模型输入文件的数据结构,并对输入文件的原数据结构进行优化,即通过利用一种基于XML的EFDC-ML(EFDC Markup Language)标记语言来重构EFDC的输入文件,以适应于水环境管理信息系统的集成开发。