地下水流模块
地下水流模块
基于地下水流动分析地球物理现象
在建的核废料储存库，用于在接下来的 10 万年内储存乏燃料棒。该模型模拟的情形是：燃料束套筒发生破裂，导致核废料通过周围的岩石裂隙发生渗漏，并回充到上方的隧道中。
饱和与变饱和渗流
地下水流动模块面向需要仿真地下或其他多孔介质中的流体流动的工程师和科学家们，并且还可以将这种流动过程与其他现象建立联系，例如多孔弹性、传热、化学反应和电磁场等。它可以用于模拟地下水流动、废料与污染物在土壤中的扩散、油与气体的流动，以及由于地下水开采而引发的土地沉陷等现象。地下水流动模块可以模拟管道流、饱和与变饱和多孔介质或裂隙中的地下水，并可与传质、传热、地球化学反应和多孔弹性等模型相耦合。许多不同的行业需要面对岩土物理和水力领域的挑战。民事、采矿、石油、农业、化工、核能和环境工程等领域的工程师经常需要考虑这些现象，因为他们从事的行业会直接或间接（通过环境因素）影响我们生存的地球环境。
地下水渗流影响许多地球物理属性
地下水流动模块内包含了许多专用的接口，用于模拟地下环境中的流动及其他现象。作为物理接口，它们可以与地下水流动模块内的其他任意物理接口组合并直接耦合，或与 COMSOL 模块套件中任何其他模块的物理接口组合并直接耦合。例如，地下水流动模块的多孔弹性模型与中的描述土壤和岩石的非线性固体力学模型相耦合。
融合地球化学反应速率和动力场
在 COMSOL 地下水流模块的物理场接口，您可以灵活地在编辑框中输入任意方程，这对于在物质传递接口定义地球化学反应速率和动力学非常有帮助。此外，将这些物理场接口与相耦合，意味着您将能利用模块中这些灵活易用的物理场接口来定义化学反应，模拟多物质反应。这两个产品的结合，将非常有助于模拟核废料数千年间在储存库中扩散所涉及的多步反应过程。
更多图片：
位于地表上的典型地电表面电极阵列。图中显示了 Wenner-α 灵敏度以及电势。
油罐采油三维固结模型，耦合 Darcy 定律与多孔弹性模型。
多孔介质中的裂隙流，裂隙中的流速远高于多孔介质的其余部分。模拟方法是使用内部边界来模拟二维的自由流动，同时使用 Darcy 定律模拟三维的多孔介质流动。
利用扫描电子显微镜图片制备微小孔隙几何模型，并导入 COMSOL 中计算速度和压强分布。模型提供：Arturo Keller，加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校。
地面上含有某种溶质的水流到相对干燥的土柱中。当水流过变饱和介质时，溶质会附着到固体颗粒上，减缓了溶质相对于水的传递。此外，由于液相和固相中的生物降解，溶质浓度会逐渐下降。图中显示了饱和度等值线和压力头等值线。
非饱和土壤中的杀虫剂降解。图中显示了杀虫剂和中间产物的生物降解过程随时间的变化。
地下水流动的仿真物理接口
地下水流动模块用于仿真多孔介质流动及其相关过程：
多孔介质流动
地下水流动模块的核心功能是模拟变饱和与完全饱和多孔介质中的流动。。物理接口使用水文仿真工程师熟悉的压力和水头之类的术语进行描述。在变饱和流中，水力属性会随着流体流过多孔介质（填充排空孔隙）而发生改变。这种类型的流动采用 Richards 方程来模拟，并且可以应用 van Genuchten 和 Brooks-Corey 公式来考虑孔隙中的持水度。接口中含有密度、动态粘度、饱和与残余液相分数、导水率和存储模型等参数的编辑区域。
可以根据孔隙的大小，通过 Darcy 定律或 Darcy 定律的 Brinkman 扩展形式来模拟饱和多孔介质流。如果可以忽略流体流动的粘性效应，则可以使用 Darcy 定律，流动完全通过压力差来驱动。如果孔隙大小足够大，流体由于剪切效应产生动量变化，则需要使用 Brinkman 方程。它们求解与 Navier-Stokes 方程相同的变量，但方程中包含了一些参数来考虑流体流经介质的孔隙率。
裂隙流接口还能够求解三维基体内部边界（二维）上的压力，并自动耦合用于描述周围基体中多孔介质流动的物理场。这种近似求解帮您省去了对实际裂隙进行网格剖分的需求，从而节省了计算资源。如果流体从同一模型中的一种介质流到另一种（并流回），则所有多孔介质物理场会自动耦合到地下水流动模块中对自由流动的描述。
自由通道流动
对于地下管道或很大的连通孔隙，可以使用流体流动方程更好地进行模拟。同样，也可以模拟采油系统中的油井等类似设备。地下水流动模块支持两种类型的自由管道流：层流和蠕动流。层流接口求解 Navier-Stokes 方程，而蠕动流接口则求解它的修正形式（忽略惯性项）。蠕动流也称为 Stokes 流，用于模拟雷诺数极低的流体流动。
传质可以与地下水渗流相耦合，并且可以同时考虑对流和扩散现象。扩散系数等属性可以通过变量依赖（例如浓度）的方程描述，或设为各向异性。
溶质传递接口增加了由吸附造成的分散和阻聚这一传输机理。分散会考虑溶质传递通常发生在流动方向上这一点，并使用分散张量来描述。吸附描述了多孔介质内粒子上的化学物质被吸附，然后以不同的速率解吸的过程。您可以通过接口提供的 Langmuir 或 Freundlich 等温线来描述它对物质传递的影响，或使用您自己的表达式。吸附还会通过阻聚因子来减缓流动。此外，还针对非饱和流体提供了挥发因子，或化学物质从溶质向静止气相的扩散。您还可以输入自己的方程，描述材料传递时所发生的任何反应。如果您需要模拟两相流与它所传递的溶质，可以将溶质传递接口与 CFD 模块中任何适合的物理场接口相耦合。
传热的形式包括传导、对流和分散，并且必须考虑到固相和液相之间的不同热导率。在许多情况下，固相可以由具有不同传导率的材料组成，并且体系中也可能存在许多不同的流体。多孔介质接口中提供了用于计算等效传热属性的混合法则。其中也包含了描述多孔介质耗散热的表达式，以及描述背景地热的项。热耗散是由于流体在多孔介质中经过的曲折流道产生的，但如果仅考虑平均对流项，则可以忽略耗散热。
固结和沉降模拟通过功能强大的多孔弹性物理接口来实现。多孔弹性接口将瞬态 Darcy 定律与多孔基质的线弹性固体力学模型进行组合。多孔弹性耦合意味着流体流动会影响多孔介质的可压缩性，而体积应变会反过来影响传动、传质和传热。该接口包含了一个应力张量的表达式，它是应变张量和 Biot-Willis 系数的函数。
地下水流模块
通过 Richards 方程描述变饱和多孔介质中的流动
通过 van Genuchten 和 Brooks-Corey 公式描述变饱和介质中的持水率
通过 Darcy 定律和 Brinkman 方程描述饱和多孔介质中的流动
通过 Navier-Stokes 方程和 Stokes 流公式描述自由通道中的流动
通过对流和扩散进行的材料传递
通过对流、扩散和分散进行的溶质传递，同时考虑吸附和阻聚因子
用于输入地球化学反应动力场的项
固体和液体中通过传导和对流进行的传热
多孔介质传热模型，可以考虑相态之间的不同热导率、混合物热导率模型、对流和热扩散
多孔弹性固结与沉降分析
河口和沿岸分析——流动、平流和扩散
气体储存、净化和固碳反应
多孔介质和纤维材料的机械脱水和重力脱水
地下水流和表土层流中的污染团分析
浅水流动和沉积物运移
水位分析及盐水侵入地下水
地下水流动
This video, produced by , demonstrates the simulation of a deep geological repository for radioactive waste management. You will see how subsurface flow and chemical reactions between the buffer material within the storage canisters and surrounding the repositories are all coupled and simulated together, in a study of reactive solute transport. These simulations occur over the span of thousands of years. The video also illustrates how COMSOL Multiphysics and PHREEQC, a widely used software for geochemical thermodynamic and reaction kinetics calculations, can be connected using the COMSOL Java API and IPhreeqc’s shared library. The research shown here was also presented at the COMSOL Conference in the paper ""
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地下水流模块
通过单孔抽水和注水
多物理场仿真帮助追踪地下流体运动
通过单孔抽水和注水
多物理场仿真帮助追踪地下流体运动
地下水流模块
Biot 多孔弹性
多分支井的破坏
Forchheimer 流动
多孔介质中的自然对流
悬浮达西流：Elder 问题
土壤中杀虫剂运移和反应
变饱和流动与传递 - 溶质吸收
Biot 多孔弹性
多分支井的破坏
Forchheimer 流动
多孔介质中的自然对流
悬浮达西流：Elder 问题
土壤中杀虫剂运移和反应
变饱和流动与传递 - 溶质吸收GMS地下水模拟系统
GMS (Groundwater Modeling System)
地下水模拟系统
一 、 模型介绍
GMS是地下水模拟系统（Groundwater Modeling System）的英文缩写。GMS由Brigham Yong University的环境模型实验室和美国军工水道实验站合作开发。具有功能强大的图形界面、综合化的地下水模型构建和数值模拟环境的软件包。
GMS是一种先进的地下水建模软件，它可以在3D环境下开发、表征以及对地下水状况进行可视化的模拟。
1、灵活的建模方法
GMS倡导概念模型的方法，构建一个概念模型需要使用GIS对象（点、弧线和多边形）构造一个高层次表示模型。通过使用概念模型，可用一种简单而有效的方式使得大型、复杂的模型得到应用，而且可以轻松的更新或根据实际需要改变模型。
GMS可使用网格的方法建立简单的几何模型和边界条件，并在网格中直接编辑数值。
、优越的三维可视化性能
GMS是三维环境中最先进的地下水模拟软件系统。
o & 作用于真实的三维系统
o & 优越的OpenGL图形硬件升级表现
o & 创建照片级真实感的表现
o & 可生成动画PowerPoint或Web演示文稿
o & 图像可悬垂在模型上且可控制透明度
o & 可注释添加指北针，比例尺，参考图像，公司微标等
、导入各种数据格式和图像
模型需要来自许多不同来源的数据。这就是为什么GMS建立能够轻松地导入多种文件类型：
o & 包含地理坐标定位和投影支持的光栅图像
o & 地形图高程图像
o & 钻孔数据包括地层学和地球物理数据
o & 类似TerraServer的Web数据服务
o & ArcGIS数据库和数据说明
o & .dwg，.dgn，.dxf格式的CAD图
o & 包含直角坐标和地理系统的全球投影
o & 分离的文本文件和电子表格文件导入向导
4、先进的地下特征
从横截面编辑先进的概率统计，GMS可提供无可比拟的地下建模工具。
o & 生成等值面三维数据可视化羽
o & 随时随地通过三维数据切割横截面
o & 二维和三维地质统计学-克里格、IDW和自然邻点插值法
o & 用稳健和快速的算法来创建固体视野
、软件行业的领导者
GMS是 由Aquaveo工程服务公司用了多年经验开发的地下水建模解决方案：
o & 详细的教程和视频
o & 在线社区论坛和产品文档
o & 电话和电子邮件技术支持
o & 现场培训
o & 专业咨询服务
二、基于GMS的MODFLOW模型
1、MODFLOW全方位支持
o & 可支持不同版本MODFLOW如： NWT，，96，88版本
o & 可支持多种MODFLOW包
o & 保证读取任何模型时可运行
o & 支持MODFLOW相关的软件包，如MODPATH， MT3DMS，RT3D，PEST以及在ZONEBDGT中构建
o & 全套的手动和自动校准工具，包括PEST，Parallel PEST， Monte Carlo模拟，校准目标，模块和图表
o & 大型模型（网格单元，应激期）支持智能内存管理和维护超高速缓存
o & 以日期/时间格式支持瞬态数据
o & 瞬态数据插值
o & 随机模拟工具包括Monte Carlo，Latin Hypercube，Gaussian Field，T-PROGS（优于指示克里格）和向导捕获区和交通分析的风险分析
2、全方位三维可视化
从横截面编辑先进的概率统计，GMS可提供无可比拟的地下建模工具。
o & 在三维中实时平移，缩放和旋转
o & 优化OpenGL图形改进硬件渲染
o & 表面图像纹理映射
o & 透明的轮廓，纹理贴图，曲面和等值面
o & 光源和镜像
o & 切断表面观察里面
o & 任何角度的三维界面
o & ISO表面
o & 创建动画影片，动画瞬态数据，移动界面
3、概念模型
o & 通过两周的免费试用，体会MODFLOW与GMS的实力。访问下载中心下载GMS最新的完整安装版本，这个安装包括了GMS和MODFLOW的教程。
o & MODFLOW教程提供了一步一步的安装提示
o & 利用GIS系统对象（点，弧线和多边形）在网格上独立标线
o & 利用固体使网格独立表示地层
o & 在MODFLOW层使用点数据和插值网格表示地层
o & 显示背景/影像图，航拍照片等
o & 二维，三维插值和包含克里格法的地统计学
4、GIS集成
o & GIS数据的紧密集成
o & 直接在GMS上开放地理数据和数据说明
o & 输出地理数据库和数据说明
o & 在ArcMap上使用Arc Hydro Groundwater生成报告和地图
o & 全球范围的投影支持，包括笛卡尔和地理（纬度/经度）
o & 良好的用户界面
o & 标准的、直观的、良好的Windows界面
o & 生成报告的注释工具
o & 丰富的教程
o & 完整的帮助系统
o & 用户和开发人员组成的活跃的论坛
o & 完整的电话和电子邮件技术支持
o & 定期安排建模专家讲授培训课程并进行现场培训
三、GMS传输模型的应用
1、MODPATH
由美国地质调查局开发，GMS支持MODPATH5.0版本。GMS下的MODPATH分布式版本是原来由美国地质调查局稍作修改的公共领域版本。
MODPATH是一个与结合的离子跟踪代码。运行MODFLOW仿真后，用户可以指定一组粒子的位置，假设将它们使用由计算的流场平流传送，然后通过时间跟踪颗粒。无论是前向时间还是后向时间颗粒都可以被跟踪。由于GMS有良好的用户界面，常见的MODFLOW不需要在GMS中进行严格的离子跟踪。粒子跟踪分析对划定捕捞区域的影响力较大。
MT3DMS是一个模块化的立体传输模型，它可以模拟地下水系统中对流，弥散和溶解成分的化学反应。MT3DMS采用的模块化结构类似于MODFLOW使用的结构。与MODFLOW在一个两步骤的流动和运移模拟中结合使用。
单元通量通过MODFLOW流动模拟计算并写入到一个特殊格式的文件中，然后用MT3DMS读取后用作传输部分流场的仿真。MT3D模型与早期版本的GMS属于一类，MT3DMS是MT3D较新的版本。与MT3D不同的是MT3DMS可以允许多种形式的传输，支持额外解算并允许在单元格中输入所有模型的参数。
PHT3D是一个三维反应性传输模型。PHT3D是MT3DMS及PHREEQC-2的一个组合。PHREEQC组件允许的各种低温水相地球化学反应。
SEAWAT是三维变密度地下水流传输模型。它是美国地质调查局在MODFLOW和MT3DMS的基础上开发的。SEAWAT V4是基于MODFLOW2000和MT3DMS5.2开发的。SEAWAT包括两个额外的软件包：变密度流（VDF）和粘度（VSC）。GMS作为前置和后置处理器来支持SEAWAT。SEAWAT的接口依赖于MODFLOW和MT3DMS的接口。SEAWAT输入数据由GMS产生并保存在一个文件中，这个文件包括一个MODFLOW模型，一个传输已经使用了的MT3D模型和一个指向MODFLOW and MT3D模型软件包的SEAWAT模型。这些文件被SEAWAT读取并开始执行。SEAWAT使用MODFLOW和MT3D的接口来显示边界条件并进行后处理。
RT3D是由巴特尔太平洋西北国家实验室开发的多品种反应性传输模式。RT3D 是MT3DMS利用替代化学反应包修改后的版本。许多预定义的反应可以提供一个用于创建用户定义反应的选项。 RT3D非常适合模拟自然衰减和生物修复。
SEAM3D是由美国弗吉尼亚理工大学的马克威多森开发。SEAM3D是用来模拟复杂的生物降解问题的一种反应性的传输模型。它是基于MT3DMS代码。除了正规的MT3DMS模块，SEAM3D包括生物降解包和NAPL溶解包。水在纳米管道中流动行为的分子动力学模拟_图文_百度文库
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水在纳米管道中流动行为的分子动力学模拟
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此教程《Maya流体基础教程：水的流动简单模拟》并不是将流体应用的，而是用Maya粒子来模拟水的效果，流体也是用粒子运算。
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首先在动力学模块下执行CREATE EMITTER创建粒子发射器，用默认设置用动画播放若干帧~大概135帧。 要注意的是，一定要播放每一帧，以达到正确的解算。
详细设置在Maya的右下角里。发射出粒子后，我们选择粒子属性面板里的TYPE为BLOBBY SURFACE，后面的S/W表示可以软件。)
也就是我们的默认渲染器可以渲染的粒子形态。
便于观察，我们赋予粒子一个材质。
进行渲染，我们会发现问题，很显然，这个效果不是我们想要的水珠，现实水珠也没这么圆的。
要解决这个问题有两个关键性的属性。
Radius 半径 控制粒子的半径
Threshold 融合 控制粒子的融合 (以每2个离子的距离进行融合的程度的计算)
调节数值如图
因为是动力学解算，每个人的结果不一样，大家根据自己情况来调节。
Maya流体基础教程：水的流动简单模拟
再次渲染，观看效果，水珠更贴近与真实的模拟。
相信水晶和玻璃的节点大家已经都熟练的不能再熟练了。
为了方便新手的学习，还是要再提一下水这类高反射折射的材质要点。
颜色我们选择黑色，纯黑。透明度是白。
高光范围要小，我们给0.058左右。
高光亮度要大，我们写到1。
反射色，我们可以让水有色偏，所以给了一个偏蓝一些的色调。
反射强度也最高，写到1。
最关键的是下面的属性，把折射率打开。
折射率1.333~1.666左右都可以，模拟钻石的话，开到3.9
折射次数开到最大。
至于灯光，这里不做太多说明。
如果要讨论灯光强度曲线衰减和DROP OFF衰减，估计又得长篇大论好几页，我们暂且这么设置。
布光方式为经典的三点光源法则。
渲染出图 观看效果后 调节不足的地方。
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