【技术实现步骤摘要】
一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法
[0001]本专利技术属于粒径分布模拟领域,具体为一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法。
技术介绍
[0002]自然界的天然水体中,以悬浮状态存在的粘性泥沙,在受到布朗运动、差速沉降、水流紊动等动力作用下,不断发生聚并和破碎过程,产生絮凝现象,主要以絮团的形式存在于水体之中。絮凝会导致粘性泥沙的存在形式、粒径分布、沉降速度的改变,是航道疏浚和污染物输移等工程和环境问题的研究重点。
[0003]在研究絮团的特性与迁移过程中,准确地预测其粒径分布十分困难。现有的泥沙絮凝模型往往在小尺度上能够很好地模拟并预测絮团粒径分布,而缺乏大尺度的精确模拟和预测,一定程度上制约了大尺度泥沙输运模型的准确性。
[0004]因此,为了充虑悬浮泥沙的絮凝特性、更好地探究絮凝过程对河湖海岸保护、航道疏浚、悬移质泥沙沉降输移和污染物迁移等的影响,亟需建立一种耦合泥沙运动模型,包含絮团聚并、破碎过程的数值模型。
技术实现思路
[0005]专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足,本专利技术的目的是提供一种能够较好地模拟一维垂向上水体悬浮颗粒物粒径分布、为大尺度区域的泥沙研究提供技术支持的水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法。
[0006]技术方案:本专利技术所述的一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法,包括以下步骤:
[0007](1)根据实测潮汐数据,在垂向上分层,建立一维垂向的水动力模型,并分为若干层水体;
[0008](2)根据流体动力 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)根据实测潮汐数据,在垂向上分层,建立一维垂向的水动力模型,并分为若干层水体;(2)根据流体动力学方程,计算水力参数,包括每层水体的流速、悬沙浓度、盐度;(3)根据步骤(2)所得的水力参数,计算各参数矩的大小,计算碰撞频率系数、校正系数、破碎频率系数以及破碎分布系数;(4)对流体动力方程进行有限差分,计算下一个时间步长每层水体的流速、悬沙浓度、盐度以及矩的大小,将计算得出的参数矩代入群体平衡方程并求解,得到絮团的粒径分布;(5)计算推进模拟时间,重复步骤(2)~(4)直到完成整个时段的计算;(6)在模拟时间满足计算时段后,给出絮团的粒径分布、体积分数变化。2.根据权利要求1所述的一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法,其特征在于:所述步骤(1)中,实测潮汐数据包括水深、周期、振幅、温度、悬沙浓度和盐度。3.根据权利要求1所述的一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法,其特征在于:所述步骤(2)中,流体动力学方程包括标准二阶k
‑
ε模型、控制河口湍流水平速度垂直变化的简化动量方程,标准二阶k
‑
ε模型为:μ
t
=ρv
t
=ρC
μ
k2/ε式中,μ
t
是湍流动力粘度;ρ是流体密度;v
t
是运动粘度;k是湍流动能;ε是紊动耗散率;C
μ
是常数项,值为0.09。简化动量方程为:式中,u是水平流速,是沿x轴方向的压力梯度;η是水面高程的波动(振幅);ρ
f
是表层水密度;t是时间;g是重力加速度;υ
min
是最小值且等于分子粘度的湍流涡流粘度;z是垂向坐标,底部z=0,水表层z=h+η;ρ是水密度。悬沙浓度公式为:式中,F是悬沙浓度,t是时间,u是水流流速,w
s
是悬浮颗粒物的沉速,K是扩散系数,在湍流环境中,与湍流涡流粘度相同,最小值是1.0
×
10
‑6m2/s。4.根据权利要求1所述的一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法,其特征在于:所述步骤(3)中,参数矩的定义为:式中,m
k
是第k阶矩,L是絮团的粒径大小,n(L,t)是在t时刻粒径为L的絮团的数量密度,t是时间,ω
i
是粒径为L
i
粒子相对应的权重。5.根据权利要求1所述的一种水体悬浮颗粒物粒径分布模型的构建方法,其特征在于:所述步骤(3)中,碰撞频率系数与布朗运动、差速沉降和水流紊动有关,表达式为:
式中,β
ij
为絮团碰撞频率,β
(BM)
(L
i
,L
j
)为与布朗运动有关的碰撞频率系数,β
(DS)
(L
i
,L
j
技术研发人员:沈骁腾,张颖,徐长健,林明泽,谢济聪,林金洋,张鹏,
申请(专利权)人:河海大学,
类型:发明
国别省市:
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