环境流体力学进展

1、.环境流体力学的研究发展陈万佳（20106417）摘要：本文主要介绍了当今在环境流体力学方面的一些新的进展和一些新技术兴的应用，还有一些自己有关环境流体力学的一些感想和看法。关键词：环境流体力学、进展、看法环境流体力学的概念流体是气体和液体的总称。风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动;废气和废水的排放造成环境污染;河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀;研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。随着科学技术的进步和计算手段的日益完善,环境流体力学逐渐趋向于研究多尺度、多学科的综

2、合性问题,包括气候、生态、污染、灾害等许多方面。接下来就从一下几个方面来简单的介绍一下环境流体力学的研究发展环境流体力学在水体中的应用环境流体力学在河流水体中又称为环境水力学。环境水力学主要研究水体中所含物质的运动规律,其内容涉及水文学、水力学、水化学、水生物学、生态学、湖沼学等,是一门综合性很强的交叉学科。它既研究水力学中的环境问题,也研究环境工程中的水力学问题。 其中水质模型是研究流体力学中环境问题的一种重要方法。质模型是水体中污染物随空间和时间迁移转化规律的描述,是一个用于描述物质在水环境中的混合、迁移过程的数学模型,即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系。水质模型研究从空间层次上可分

3、为一维、二维、三维模型和水系模型、模型系统。一维模型是最常用的水质模型,包括QUALII、WASP、MIKEII、CE-QUAL - R1等。二维模型主要有FESWMS、MIKE21、CE-QUAL-R2。水系模型又被称为降雨径流模型,它们包括了许多不同尺度的变化过程。 环境水力学在现今情况下飞快发展，尤其对水环境保护其中包括器了至关重要的作用。其中就简单的介绍两种环境水力学的研究进展。第一种就是河道死水区域的物质交换的数值模拟：河道死水区由不规则的河岸和河床所致，如丁坝、导坝、盲河道等。针对矩形盲河道，采用三维数学模型研究主河道与盲河道间的物质交换，利用主盲河道交界面上的横向速度和均匀注入盲

4、河道的示踪剂的浓度和衰减过程数据，计算得到交界面上的物质交换系数。数值结果定性的再现了观察到的流动图样，但低估了主盲河道的物质交换率，而浓度数据得到的交换律则与实验一致。第二种则是水环境中汞迁移与归宿的模拟：指出水环境中汞的迁移与归宿问题涉及水利学、泥沙运输、地球化学微生物学等多学科，并包含许多不甚清楚地过程和机制。例如：微生物过程、成岩过程、各类汞在底泥与上覆水体间的交换机制等。提出采用集成的多组分反应运输模型来描述这些过程。模型包括水体中各类汞对流-扩散的耦合输运，考虑了泥沙沉降-再悬浮过程及其对各类汞在底泥与上覆水体间的交换过程的影响。讨论了地球生物化学过程，给出了模型在加；利福利亚Co

5、lusa流域的应用结果。环境流体力学在大气中的运用随着现代电子计算机领域的飞速发展，用现代计算流体力学方法数值模拟大气环境应用也越来越广泛。数值计算的边界条件是实现数值预测城市大气环境的关键,其中包括高空边界的条件、计算域侧面的边界条件和下垫面边界条件。在预测中.选择亚格子动能和湍动能尺度构造的亚格子应力模型,可以获得较合理的预测结果。应用大涡数值模拟预测的澳门行政区大气环境结果,风速、地温采用ARPS程序计算,可以得到和和澳门实际情况基本一致的结果。居民小区的大气环境包括街道和居民区的风速风向和污染物的浓度,同样采用长方形数值预测区域,采用高精度的有限体积离散方法,建筑表面和地面采用流体在物

6、面的无滑移条件,亚格子应力采用较为精细的动力模式。边界条件的提法包括顶部边界条件、建筑物表面边界条件、迎风面边界条件等。对于复杂地形,采用拉格朗日时间平均的动力模式。通过这些方法可以获得较合理的预测结果。首先要说的是稳定大气比那届层模拟的新进展：内容主要是大气边界层。边界层是大气的最低的部分，它不断地受下垫面的机械（粗糙度和剪切）和热（冷却和加热）效应的影响。在短中期天气预和应用报微气象研究中，适当的表征和建模是非常重要的。其次要说的是观测和逆向模拟相结合定位空气污染源中的应用：将观测和基于贝叶斯统计的逆向模拟相结合，给出了两种定位空间污染源的办法。两种办法均利用喷出模型来产生污染物浓度场，并

7、利用气相资料获得预定观测点的测量数据。第一种利用迭代求解，全部可能源中概率密度最大者即为污染源的全部位置。第二种方法利用记录和现场数据库，将气象数据和源参数结合起来分析。结语 环境流体力学的进展不仅仅只表现在这几个方面，还变现在其他环境保护领域，同样对环境保护起着重要的作用。这里只是简单的做一下介绍而已，让我们看到环境流体力学的发展。在我看来环境流体力学是一门高速发展的学科，他需要我们不断地去研究、发展和完善，使其更加日臻成熟。同时在河流水体中,大气环境中,在生产方面,利用环境流体力学相关知识,可以提高生产效率,探索环保新发展，改善我们的生活质量，使我们的生活更加美好。参考文献：1 汤天伟,马成松.关于重新构建环境流体力学的思考J.江汉石油学院学报,2003,25(3):158.2 崔桂香,许春晓,张兆顺,等.城市大气环境的数值模拟J.环境力学研究专题,2007,25(14):1521.3