[發(fā)明專利]一種在擴散試驗中基于迭代分析法計算表觀擴散參數(shù)的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010348403.0 | 申請日： | 2020-04-28 |
| 公開（公告）號： | CN111552916B | 公開（公告）日： | 2023-05-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 姜哲元;溫嘉明;杜延軍;傅賢雷;倪浩 | 申請（專利權(quán)）人： | 東南大學(xué) |
| 主分類號： | G06F17/11 | 分類號： | G06F17/11;G01N13/00 |
| 代理公司： | 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200 | 代理人： | 曹翠珍;樓高潮 |
| 地址： | 210096 *** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 擴散 試驗 基于 分析 計算 表觀 參數(shù) 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種在擴散試驗中基于迭代分析法計算表觀擴散參數(shù)的方法。首先，根據(jù)擴散的基本反應(yīng)原理與質(zhì)量守恒定律，基于菲克第一定律、菲克第二定律、多孔介質(zhì)中溶質(zhì)擴散行為特性、實驗初始條件、實驗邊界條件，并進(jìn)行積分后得出擴散反應(yīng)方程；其次，運用圖形處理趨近法，得出趨近線參數(shù)，進(jìn)而取得初始表觀擴散系數(shù)與初始有效擴散系數(shù)；最后，運用基于迭代與分析方法的參數(shù)識別的方法，反復(fù)迭代與分析，并不斷縮小歸一化均方根誤差，最終得出誤差更小的表觀擴散系數(shù)。方法簡單，準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種在擴散試驗中基于迭代分析法計算表觀擴散參數(shù)的方法，屬于土木與環(huán)境工程的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
我國針對目前環(huán)境問題日益突出的情況，提出了一套成體系的污染場地技術(shù)，主要分為兩大體系：一是修復(fù)體系，針對修復(fù)體系方面，已經(jīng)逐漸形成固化/穩(wěn)定化、淋洗、熱脫吸、化學(xué)氧化/還原、曝氣/氣象抽提及生物降解等物理、化學(xué)和生物修復(fù)污染土和地下水的綜合技術(shù)體系，這些修復(fù)技術(shù)可分為異位修復(fù)和原位修復(fù)兩種；二是隔離體系，所謂隔離體系，即指將污染物進(jìn)行隔離，隔離體系同樣可以分為原位隔離和異位隔離，其中原位隔離可分為主動隔離和被動隔離。主動隔離系統(tǒng)包括抽吸和地下水排水，而被動隔離包括水平隔離、豎向隔離和加蓋隔離，填埋法和堆蓄存法屬于異位隔離。隔離體系中最重要的就是控制污染的擴散，其中污染物的擴散試驗就是判斷隔離效果優(yōu)劣的最直觀試驗，目前計算擴散系數(shù)的方法主要有：一維情況下的Fick's?first?law公式；針對均質(zhì)和各向同性的多孔介質(zhì)的Fick's?second?law公式；運用圖像法處理數(shù)據(jù)的Crank公式等，在這些已有的計算擴散系數(shù)的方法中均表現(xiàn)為計算次數(shù)與公式單一，數(shù)據(jù)存在一定的誤差，沒有剔除掉在運算中產(chǎn)生的誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差積累，進(jìn)而使得最終預(yù)測結(jié)果和實際試驗結(jié)果誤差較大的情況。這種精度較低的情況，會影響對于隔離體系材料的研發(fā)和計算，故有必要提升擴散試驗結(jié)果的精度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種在擴散試驗中基于迭代分析法計算表觀擴散參數(shù)的方法，該方法主要是基于擴散的基本反應(yīng)原理、質(zhì)量守恒定律、圖形法和迭代分析法對原有計算方法進(jìn)行改進(jìn)，可以盡可能地忽略試驗數(shù)據(jù)中的誤差數(shù)據(jù)，同時可以得出誤差更小、更加精確的擴散系數(shù)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下步驟這樣實現(xiàn)的：
步驟1：建立擴散反應(yīng)方程；
步驟2：圖形法處理數(shù)據(jù)；
步驟3：基于迭代分析方法的數(shù)據(jù)處理過程；
步驟4：計算歸一化均方根誤差。
詳細(xì)步驟如下所示：
步驟1：建立擴散反應(yīng)方程
一種在擴散試驗中基于迭代分析法計算表觀擴散參數(shù)的方法：它積分后得出的濃度的擴散反應(yīng)方程為
累積濃度的擴散反應(yīng)方程為
擴散是原子和分子通過布朗運動從高濃度區(qū)域移動到較低濃度區(qū)域的過程。菲克第一定律描述粒子通量F(每單位橫截面積)，它與濃度梯度成正比，C是溶質(zhì)的濃度，D是擴散系數(shù)。對于一維情況，它表示為：
如果多孔介質(zhì)是均質(zhì)的和各向同性的，那么質(zhì)量守恒會導(dǎo)致菲克第二定律：
多孔介質(zhì)中的溶質(zhì)擴散行為不同于游離水或理想溶液中的溶質(zhì)擴散行為。多孔介質(zhì)中的溶質(zhì)擴散行為受粒子運動路徑的長度，彎曲度(τ)，孔的不規(guī)則空間，收縮性(δ)和可能的孔徑的影響。孔擴散系數(shù)Dp用于表征多孔介質(zhì)中的擴散行為，這與自由水Dw中的擴散系數(shù)有關(guān)，關(guān)系如下：
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