溶质运移定解问题的类别

如题所述

3.4.1.1 溶质浓度(c)的变化对溶液密度(ρ)的影响较大,ρ不能作为常数处 理的问题

研究多孔介质中溶质运移问题的最终目标,通常是求出人们所关心的某种溶质浓度的时空变化规律,从而为各种具体目的服务。溶质运移问题通常也简称为弥散问题(虽然这种说法是不准确的,但人们仍习惯于这种说法)。

从弥散方程来看,其中除了c之外还包含着Vx、Vy及Vz。这表明,如果不知道V的时空变化规律,则溶质浓度c的时空变化规律是无法确定的。

然而,c的变化会引起流体体系(溶液)密度ρ和粘滞系数μ的变化,因而也就会引起与之相关的渗流速度V、压强p等物理量的变化。而ρ、V、p等因素的变化反过来又会影响 c的变化(严格说来也会影响μ的变化,不过在等温流体中μ的变化很小,可以不予考虑)。这就是说,c,ρ,V,p之间是互相联系、互相制约的,而不是互相独立的。这样,欲求得c=c(x,y,z,t)就需要解一个以c,ρ,V,P为未知变量的方程组才能实现。在这种情况下,c,ρ,V,P的时空变化规律是同时联立求出的,这类问题简称为联合(或耦合)模型问题。

3.4.1.2 溶质浓度(c)的变化对溶液密度(ρ)的影响不大,ρ可以作为常 数处理的问题

例如溶质浓度相当小时,它的变化对ρ的影响就可忽略,ρ就可以作为常数处理。这时就可以把求c=c(x,y,z,t)的问题与求V=V(x,y,z,t)的问题作为两个彼此独立的问题分别去解决。其次序是先求得V,将其代入弥散方程中再求得c。而求V的问题这时已成为一个求水头H的问题;求得H=H(x,y,z,t)后用达西定律即可求得V(若需知道p=p(x,y,z,t),也易由H=z+p/γ求得)。由此可见,这类问题最后被分解为两个彼此独立的问题:一个是求H=H(x,y,z,t)的水流问题;另一个是求c=c(x,y,z,t)的溶质运移问题。因此,这类问题可简称为独立模型问题。

在联合模型问题中,要给出所有因变量(c,ρ,V,P)各自的定解条件才能求解。在独立模型问题中,只需给出关于水头H和溶质浓度c的定解条件即可。显然,独立模型较联合模型要简单得多。再要求精度不很高的情况下,都可采用独立模型。

关于水流问题的定解条件在地下水动力学课程中已有详述。下面只讲在两类定解问题中都要涉及的关于c的定解条件。

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