[發明專利]一種含植物水流污染物擴散系數計算方法

在審

• 申請號: 202110024809.8
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112765906A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 婁廈;汪豪;劉宏哲;劉曙光;陳明;鐘桂輝;董行
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06T7/00;G06T7/194;G06T7/62;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

1.一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S1：獲取水流速度、污染物運移速度和植物直徑，利用水流速度和植物直徑計算植物雷諾數Re_d，利用水流速度、污染物運移速度和植物直徑計算污染物運移雷諾數Re_t；

步驟S2：基于植物雷諾數Re_d和植物相對高度，利用改進的Jamali方法計算得到植物影響下的污染物橫向擴散系數D_y；

步驟S3：利用植物雷諾數Re_d獲取植物拖曳力系數，基于植物拖曳力系數、運移雷諾數Re_t和植物相對高度，利用改進的Nepf方法計算得到植物影響下的污染物縱向擴散系數D_L。

2.根據權利要求1所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，所述植物雷諾數Re_d的計算公式為：

Re_d＝ud/v

其中，v為運動粘性系數，u為水流流速，d為植物直徑。

3.根據權利要求1所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，所述改進的Jamali方法的表達式為：

其中，φ為植物體積比，a′表示為：

b′表示為：

其中，為植物相對高度。

4.根據權利要求1所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，所述運移雷諾數Re_t的計算公式為：

Re_t＝ud/(v+vt)

其中，v_t為污染物運移速度，u為水流流速，d為植物直徑，v為運動粘性系數。

5.根據權利要求1所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，所述改進的Nepf方法的達式為：

其中，C_DB為植物拖曳力系數，C_DB＝1+10Re_d^-2/3，φ為植物體積比，u為水流流速，d為植物直徑，γ表示植物后擴散區域的長度尺度，τ表示污染物滯留時間，為植物相對高度的倒數。

6.根據權利要求1所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，得到植物影響下的污染物橫向擴散系數D_y和植物影響下的污染物縱向擴散系數D_L之后，將D_y和D_L分別與示蹤劑法的對照結果進行比對，對D_y和D_L進行評價。

7.根據權利要求6所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，利用示蹤劑法獲取對照結果的過程包括：

獲取污染物濃度圖像；

從污染物濃度圖像中獲取污染物示蹤劑濃度數值；

基于污染物示蹤劑濃度數值，利用線性回歸法計算對照污染物橫向擴散系數和對照污染物縱向擴散系數。

8.根據權利要求7所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，從污染物濃度圖像中獲取污染物示蹤劑濃度數值c的計算公式為：

c＝61470I^-1.183

其中，I為圖像灰度值。

9.根據權利要求7所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，對照污染物橫向擴散系數的擬合曲線表達式為：

其中，C為污染物示蹤劑初始濃度，a₀和a₁均為污染物示蹤劑濃度坐標擬合系數，x表示x軸，q為污染物示蹤劑釋放流速，表示水流深度。

10.根據權利要求7所述的一種含植物水流污染物擴散系數計算方法，其特征在于，對照污染物橫向擴散系數的擬合曲線表達式為：

其中，x₁和x₂分別表示兩個觀測斷面，A₀為污染物示蹤劑濃度坐標擬合系數。