[發明專利]一種基于隨機方法的粘性泥沙絮凝群體平衡數值模擬方法

在審

• 申請號: 202210395190.6
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114647955A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 沈驍騰;林明澤;邵宇陽;諸裕良;種浩宇;姜學偉
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 劉紅陽

本發明公開了基于隨機方法的粘性泥沙絮凝群體平衡數值模擬方法，包括(1)生成擬隨機數序列；(2)根據水體環境條件以及泥沙、生物質顆粒性質計算顆粒聚并概率與破碎概率；(3)根據過大絮團數進行聚并事件與破碎事件選擇；(4)采用接受?拒絕法檢驗絮團模擬絮團聚并破碎過程；(5)事件發生后分配質量，并根據事件的發生率計算模擬時間；(6)重復步驟(3)～(5)完成整個時段的計算；(7)計算絮凝后粘性泥沙粒徑分布及特征粒徑。本發明基于隨機方法，模擬粘性泥沙與生物質之間的絮凝過程，計算粘性泥沙粒徑分布及特征粒徑的演化，解決了水沙模型中簡化或忽略的粘性泥沙絮凝問題，為粘性泥沙絮凝的精確模擬提供一種重要的技術手段。

技術領域

本發明涉及泥沙絮凝的數值模擬技術領域，尤其涉及一種基于隨機方法的粘性泥沙絮凝群體平衡數值模擬方法。

背景技術

自然界的水陸域環境中的粘性泥沙由于其粒徑較小，受水體中復雜的物理、化學及生物過程的影響，不斷發生聚并與破碎過程，產生絮凝現象，主要以生物-礦物絮團的形式存在于水體中，進而改變粘性泥沙的粒徑分布、沉降速度。對粘性泥沙絮凝機理的認識制約著航道疏浚和污染物輸移等工程和環境問題的研究。

如何準確地預測絮團的粒徑分布，是揭示其運動特性的關鍵難題，當前粘性泥沙絮凝模型往往集中在其礦物成分和物理性質上，對生物絮凝的影響和粒徑分布的模擬缺乏認識，這種處理方法一定程度上制約了大尺度泥沙輸運模型的預測精度與應用。

因此，為了更加充分的考慮粘性泥沙的絮凝特性，亟需建立一種耦合生物顆粒影響，包含絮團聚并、破碎過程的數值模型。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種提高模擬結果精確度的基于隨機方法的粘性泥沙絮凝群體平衡數值模擬方法。

技術方案：本發明的基于隨機方法的粘性泥沙絮凝群體平衡數值模擬方法，所述數值模擬方法包括以下步驟：

(1)生成擬隨機數序列；

(2)根據水體環境條件、粘性泥沙性質和生物質顆粒性質計算顆粒聚并概率與破碎概率；

(3)根據過大絮團數進行聚并事件與破碎事件的選擇；

(4a)若步驟(3)中選擇了聚并事件，隨機選絮團顆粒i和j，對其聚并概率采用接受-拒絕法檢驗，若檢驗通過則兩顆粒發生聚并，若未通過則重新隨機選擇，直至聚并事件成功發生；

(4b)若步驟(3)中選擇了破碎事件，隨機選絮團顆粒i，對其破碎概率采用接受-拒絕法檢驗，若檢驗通過則該顆粒發生破碎，若未通過則重新隨機選擇，直至破碎事件成功發生；

(5)在步驟(4a)或(4b)后計算更新絮團顆粒性質，包括粒徑、分形維數、聚并概率、破碎概率；

(6)計算推進模擬時間，模擬將重復步驟(3)～(6)直到完成計算時段；

(7)模擬在模擬時間滿足計算時段后，計算包括顆粒粒徑分布、特征粒徑、生物組分的絮團性質。

進一步地，所述步驟(2)～(5)基于雙變量群體平衡方程，雙變量群體平衡方程為：