COMSOL Multiphysics 在岩土与地下水环境中的应用

中仿科技2012年9月18日COMSOL 2012中国区用户大会技术论坛岩土与地下水环境仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation内容•岩土与地下水环境问题阐述——从物理场角度解译•COMSOL解决方案•典型问题分析–开挖、支护、工况、结构模拟、渗流分析–矿业工程—变形、瓦斯分布与运移、温度的影响–石油工程—渗流、变形，单向耦合、双向耦合–冻土分析–污染物运移分析—垃圾填埋场问题分析、核废料处置分析–土壤修复仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation岩土与地下水环境—物理场固体力学地下水渗流温度场溶质运移仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation岩土与地下水环境—物理场固体力学地下水渗流温度场溶质运移仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation岩土与地下水环境—物理场固体力学地下水渗流温度场溶质运移仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation岩土与地下水环境—物理场固体力学地下水渗流温度场溶质运移仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation岩土与地下水环境—物理场固体力学地下水渗流温度场溶质运移仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation岩土与地下水环境—物理场固体力学地下水渗流温度场溶质运移仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation固体力学—岩土力学仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation地下水渗流仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation温度场仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation溶质运移仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析柔性基础地基承载力分析，塑性区扩展模拟仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析开挖、支护、工况、结构模拟仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析开挖、支护、工况、结构模拟——续仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析结构模拟——钢筋混凝土梁受力分析仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析渗流分析——裂隙流模拟仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析流固耦合——多分支井仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析流固耦合——多分支井（续）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析流固耦合——比奥固结（流固热）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析流固耦合——比奥固结（续）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析变形、瓦斯分布与运移、温度的影响（THM耦合模型）热对流吸附瓦斯含量及吸附瓦斯的解吸，游离瓦斯的状态有效应力，瓦斯吸附、解吸引起的煤层变形应变能温度应力瓦斯渗流场温度场应力场（煤层变形）孔隙率渗透率仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析变形、瓦斯分布与运移、温度的影响（THM耦合模型）-续最终得到的瓦斯渗流方程，其中考虑了煤层变形、瓦斯吸附应变及温度效应的影响。2221212211211exp1exp11exp1TarsararLartLsgLacLartartaarLarLppppTTTKtTTtTTPcpTTTcptpPpVpVcccppTTTTTTTTTpPcptcpcpTTTpPcp2111tvsarargarcTcptppkppkpRQxTTxyTTyMTTt仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析污染物运移，垃圾处置相关研究垃圾降解产气及热释放耦合效应研究垃圾降解产气、运移及热释放耦合动力学模型填埋气体收集气井影响半径研究仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation典型问题分析污染物运移，垃圾处置相关研究（续）垃圾填埋场封场1年、5年和10年后的气体压力分布由于抽气井的作用，气体运移以横向流动为主，并向井的方向运动；气井的持续抽气，导致填埋场内的气体压力均呈递减趋势。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation核废料地下储库放射性物质的分解与输运模拟计算模型，包括容器、缓冲区、回填区、岩石和破坏区域（很小的区域，针孔那么大）加拿大核废料管理中心/加拿大西安大略大学生物化学工程系的研究与分析模型本模型研究了核废料后的泄漏运移扩散机制，同时还考虑了核废料的衰减过程，而COMSOL中的灵活的自定义方程功能，和对于底层方程的修改功能，使得对于这一类问题的研究变得极为方便。典型问题分析仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation芬兰核能国家技术研究中心热-水-力学-化学（THMC）核废料地下储库放射性物质的分解与输运模拟（续）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation地热交换系统数值模拟与预测地热交换系统中道分布模型为一个水平放置的地热换能器，在考虑这个水平的地热换能器周边土体中热量分布时，此处应用一个二维模型做了近似。该算例的特殊之处在于，在上边界的边界条件施加时，模型中同时考虑了太阳辐射、同空气的换热和辐射散热，这一边界条件的施加使得模型更加贴近真实情况，而对于这些多样化的边界条件的考虑，COMSOL都可以通过既有的特定边界条件，或者自定义方程的形式实现添加。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation土壤修复模拟利用电磁修复被重金属污染的土壤，重金属在电磁场中迁移效果模拟模型来自法国保罗热能和过程实验室，该模型分析了通过电驱动进行土体的修复过程，此处面对的污染物主要是重金属离子，过程中通过压力梯度驱动力和电动驱动力两种作用进行重金属离子的去除，通过Helmholtz-Smoluchowski方程可以把电场同流场耦合关系进行定义，压力梯度的驱动作用则可以通过达西定律引入，然后将该速度场耦合入溶质运移方程实现浓度场的求解，这是一个典型的多场耦合问题压力驱动下的流速分布电场驱动下的流速分布仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation永冻区冻土路堤在太阳辐射和风作用下的温度分布情况模型来自奥地利空间与科学研究院&中国科学院冻土工程国家重点实验室，该模型研究了永冻区冻土路堤在太阳辐射和风作用下的温度分布情况和冻土边界变化，模型在考虑太阳辐射导致冻土温度变化的同时，通过弱可压缩N-S方程描述了风的作用，并把它耦合到热传方程中，最终关心的是加和不加遮挡的情况下冻土边界的融化情况，这是一个典型的热-流耦合问题。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation污染水环境的治理模拟瑞典皇家工学院的教授RogerThunvik博士和堪培拉马克里尔大学的讲师RobinahKulabako女士，他们研究浅层地下水污染大约有两年了。除了收集了大量的高质量的数据，他们最近开始用COMSOLMultiphysics有限元软件模拟浅层地下水污染问题。为了验证通过物理过程的实测数据建立的概念模型，所以他们使用了这款软件。软件的灵活性允许他们实现不同思路和假定而不需重建模型。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation应用非等温等离子体，通过碳氢化合物修复被污染土的模拟案例来自法国的巴黎第六大学，该模型研究的是通过等离子体技术对土体进行修复。具体原理是，污染的土体需要同氧气发生氧化反应实现修复，为了提高反应效率，此处采用等离子体技术把氧气转化成活性更高的氧离子和氧化性能更强的臭氧分子，从而实现更快速更高效的化学反应，加速局部土体的修复。这样的修复方法特点在于更具可控性和方向性，且效率更高。COMSOL中的任意多物理场耦合功能使得我们可以很方便的实现这种技术的模拟，因为我们只需要在原有的土体模型中引入一个电场和电场促发的化学反应，就可以实现这一多物理场耦合问题的分析中仿社区：市场活动：资料下载：http:// 官方博客：http:// blog.sina.com.cn/comsolcn