基于Fluent模拟区域水体热污染预测研究

基于MIKE21的城市入河排污口水质影响预测研究——以南方某城市污水处理厂为例基于MIKE21的城市入河排污口水质影响预测研究——以南方某城市污水处理厂为例摘要：水环境质量的保护及改善是城市可持续发展的重要支撑。

本研究以南方某城市污水处理厂为例，通过基于MIKE21模型的入河排污口水质影响预测研究，分析了城市入河排污对水环境质量的影响及可能的治理方向。

研究结果表明，这一城市的入河排污对水环境质量的影响仍然较大，并且对水域生态系统造成了一定的负面影响。

因此，需要进一步加强污水处理厂的管理和技术改进，以减少入河排污对水环境的影响。

关键词：MIKE21模型；城市入河排污；水质影响；评估；治理1. 引言随着城市化进程的加快，城市污水排放量逐年增加。

污水直接排入河流和湖泊中，对水环境质量产生重大影响，对水资源的利用和保护产生了严重威胁。

因此，对城市入河排污口的水质影响进行预测研究具有重要意义。

MIKE21模型作为一种常用的水动力模型，可以模拟水流、水质变化等水环境过程，被广泛应用于水质影响评估研究。

2. 数据与方法本研究收集了南方某城市污水处理厂的排污数据，包括水质监测数据、水流速度数据等。

同时，利用MIKE21模型进行数值模拟，预测了城市入河排污口的水质影响范围和程度。

3. 结果与分析基于MIKE21模型的数值模拟结果显示，南方某城市污水处理厂的入河排污口对水环境质量的影响较大。

入河排污口处的水体总磷、总氮等水质指标超过了环境标准限值，对水域生态系统造成了负面影响。

此外，由于城市污水处理厂的工艺不完善和管网老化等原因，存在一定的排污泄露现象，加剧了水质污染程度。

4. 污水处理厂管理与技术改进针对研究结果提出的问题，应加强城市污水处理厂的管理和技术改进。

首先，加强对污水处理过程的监控和管理，提高处理工艺的稳定性和效果。

其次，加强污水管网的维护与改造，防止排污泄露。

此外，还应加大对污水处理厂的投入，推动技术创新和设备更新，以提高处理水质的效果。

2022年2月图 学 学 报 February2022第43卷第1期JOURNAL OF GRAPHICS V ol.43No.1基于INLA-SPDE方法的区域污染物模拟与预测袁泽，陈斌(北京大学地球与空间科学学院，北京 100871)摘要：采用传统的空间插值方法对区域污染物进行模拟与预测，针对源数据分布不均，效果一般的问题，提出了采用INLA-SPDE模型来模拟与预测区域污染物的方法。

模型的空间分量使用随机偏微分方程表达，时间分量则采用一阶时序自相关模型，同时还包含气象参数等10种协变量，以2019年度京津冀地区日均PM2.5浓度为例，逐月建立了时空模拟与预测模型。

实验结果表明，与经典的克里金插值方法相比，在区域污染物分布的模拟上具有更好的效果，尤其在高值污染的预测上精度效果提升明显，同时可得到区域污染风险等级等多种结果。

进一步基于模型的预测结果实现了京津冀地区日均PM2.5浓度时空可视化和虚拟仿真系统，为普通民众的出行或政府相关部门决策提供支持，验证了模型的实用性和价值。

关键词：细颗粒物PM2.5；贝叶斯时空建模；INLA算法；仿真系统；决策支持中图分类号：TP 391 DOI：10.11996/JG.j.2095-302X.2022010125文献标识码：A 文章编号：2095-302X(2022)01-0125-08Simulation and prediction of regional pollutants based on INLA-SPDE methodYUAN Ze, CHEN Bin(School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China)Abstract: The simulation and prediction of regional pollutants generally use the traditional spatial interpolation method, which cannot obtain accurate results when the source data is not uniformly distributed. To address these problems, a method for simulation and prediction of regional pollutants based on the INLA-SPDE model was proposed. The interpolation model was based on a Bayesian hierarchical model where the spatial-component was represented through the stochastic partial differential equation (SPDE) approach, with a lag-1 temporal autoregressive component (AR1). In addition, the model included 10 spatial and spatio-temporal predictors such as meteorological variables. By building 12 models for each month with the integrated nested Laplace approximation (INLA), this research realized the spatio-temporal simulation and prediction of PM2.5 concentration at daily resolution in the Beijing-Tianjin-Hebei region in 2019. Experiments show that compared with traditional Kriging interpolation methods, the proposed model can yield a better prediction of air pollutants at regional scale. Particularly, the prediction accuracy of high-value pollutants was improved significantly, and air pollutants exceedance probabilities can also be generated. Furthermore, a system for regional PM2.5 concentration simulation and decision support was established, the system can provide support for the travel of ordinary people or the decision-making of government officials, and verify the practicability and value of the proposed model.Keywords: PM2.5; spatio-temporal Bayesian hierarchical model; integrated nested Laplace approximation; simulation system; decision support收稿日期：2021-05-18；定稿日期：2021-08-21Received：18 May，2021；Finalized：21 August，2021第一作者：袁泽(1992–)，男，硕士研究生。

直管水道Fluent模拟使用方法直管水道是供热系统中很常见的一种形式，水在管道中流动，由于粘滞力的作用，在流动过程中将产生沿程阻力。

由于直管水道内断面流速不均匀，其断面平均流速很难准确给出。

针对这一问题，我们采用Fluent软件对其进行CFD模拟，研究管道内的速度场，并计算出沿程阻力损失;本文给出模拟仿真的具体步骤，以便让人们更好地掌握Fluent软件。

标签：Fluent;Gambit;直管水道;速度分布;沿程阻力损失1 Fluent简介Fluent 软件是目前市场上最流行的CFD 软件，是一个用于模拟和分析复杂几何区域内的流体流动与传热现象的专用软件，它适用于各种复杂外形的可压和不可压流动计算。

用数值方法模拟一个流场包括网格划分、选择计算方法、选择物理模型、设定边界条件、设定材料属性和对计算结果进行后处理几大部分。

对Fluent软件包而言，其完成一个流体流动与传热问题的计算流程是：首先利用Gambit或者其他前处理器完成模拟对象几何结构的建模以及计算网格的生成与划分，然后将网格导入Fluent中进行求解计算，最后对计算结果进行处理和分析。

下面我们采用Fluent软件对直管水道内流场进行CFD数值仿真模拟，以便更好地了解和掌握Fluent软件的使用方法。

2 直管水道数值模拟2.1 建立模型划分网格2.1.1 问题描述模拟对象是一个圆形直管道，内部工质为水。

由于是圆截面管道，在不考虑重力或者假设重力方向与管道轴线方向一致时，该三维流动可以简化为二维轴对称流动问题，简化后的数值模拟区域仅仅是原来管道的一个轴对称剖面。

管道总长2m，管半径0.1m，管道足够长，我们一般认为出口已经是充分发展的流动;管中流动的工质为水，常温下密度为1000kg/m3，粘性为0.001kg/（m·s）;假设入口处水流速度0.05m/s。

2.1.2 利用Gambit建立计算区域和指定边界条件类型（1）步骤1 文件和创建及其求解器的选择：1）启动Gambit软件;2）建立新文件。

fluent中水的参数1. 概述在工程流体力学中，fluent是一种常用的计算流体力学（CFD）软件，用于模拟和分析流体流动和传热过程。

水作为一种常见的流体介质，在fluent中具有多个参数，这些参数可以对水的性质和行为进行描述和控制。

本文将介绍fluent中水的参数，包括密度、粘度、热导率等。

2. 水的密度密度是指单位体积内的质量，用于描述物质的紧密程度。

在fluent中，水的密度可以通过设置参数来控制。

一般情况下，水的密度随着温度的变化而变化，但在fluent中，可以假设水的密度为常数。

这种假设在一些工程模拟中是合理的，特别是当温度的变化范围相对较小时。

3. 水的粘度粘度是指流体抵抗剪切力的能力，也可以看作是流体的黏稠程度。

在fluent中，水的粘度也可以通过设置参数来控制。

水的粘度随着温度的升高而降低，这是由于分子热运动的增加导致分子间相互作用的减弱。

在fluent中，可以选择不同的模型来描述水的粘度，如动力粘度模型和Sutherland模型等。

4. 水的热导率热导率是指物质传导热量的能力，描述了物质对热量的传递效率。

在fluent中，水的热导率也可以通过设置参数来控制。

水的热导率随着温度的升高而增加，这是由于分子热运动的增强导致热传导效率的提高。

在fluent中，可以选择不同的模型来描述水的热导率，如常数模型和温度相关模型等。

5. 水的温度温度是指物体内部分子热运动的程度，是描述物体热平衡状态的物理量。

在fluent中，水的温度可以作为一个参数进行输入。

温度的变化对水的密度、粘度和热导率等参数都有影响，因此在模拟中需要考虑温度的变化。

6. 水的流动模型在fluent中，可以选择不同的流动模型来描述水的流动行为。

常见的流动模型包括雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模型、可压缩流动模型和不可压缩流动模型等。

对于水的流动模拟，一般选择不可压缩流动模型，因为水的密度变化较小，可以近似为不可压缩流体。

基于MIKE21的城市入河排污口水质影响预测研究——以南方某城市污水处理厂为例基于MIKE21的城市入河排污口水质影响预测研究——以南方某城市污水处理厂为例一、引言水是生命之源，保护水资源和维持水环境的健康至关重要。

随着城市化进程的加速，城市污水处理厂的建设变得尤为重要。

然而，城市排放的污水直接进入河流会对水质产生不可忽视的影响，因此需要进行水质影响预测研究。

本文以南方某城市污水处理厂为例，基于MIKE21模型，探讨其入河排污口的水质影响预测研究。

二、研究背景南方某城市作为一个典型的发展中城市，人口密度较高，工业活动频繁，污水处理厂的建设和管理成为该城市环境保护的重要问题。

该城市污水处理厂的入河排污口直接将处理后的污水排放到河流中，因此入河排污口的水质影响预测研究对于保护河流水质具有重要的意义。

三、研究目的本研究旨在通过基于MIKE21模型对南方某城市污水处理厂的入河排污口进行水质影响预测。

具体目标如下：1. 分析污水处理厂的排污水质特点；2. 构建MIKE21模型，模拟入河排污口的水质变化；3. 预测入河排污口对河流水质的影响。

四、研究方法1. 污水处理厂水质特点分析通过对南方某城市污水处理厂的操作数据和水质监测数据进行分析，研究污水处理厂排出的污水的水质特点。

2. MIKE21模型构建基于MIKE21模型，构建污水处理厂入河排污口水质影响预测模型。

模型将考虑污水处理厂排出水质、河流特性、环境因素等诸多因素，并结合水文数据进行模拟。

3. 模型参数设定根据实际的监测数据和现场调查，对MIKE21模型进行参数设定，确保模型的准确性和可靠性。

4. 模拟和预测基于已设定的参数，建立污水处理厂的水质影响预测模型，并通过数值模拟方法进行模拟和预测。

五、研究结果与讨论通过对南方某城市污水处理厂的水质特点分析，发现该处理厂排出的污水中COD、氨氮等指标超过了国家标准，存在一定的水质问题。

基于MIKE21模型的水质影响预测结果显示，在污水处理厂入河排污口的一定距离范围内，河流的水质受到了明显的影响，主要表现为COD、氨氮、悬浮物等指标的浓度超过了国家标准。

基于Fluent的风力致热装置内部流场模拟研究1. 风力致热装置的工作原理风力致热装置是一种新型的风力发电设备，其工作原理是利用风的动能驱动风机产生电力，并通过内部的加热装置将风力转化为热能，使得风力致热装置能够在低温环境下仍能高效发电。

风力致热装置内部的流场结构对其发电效率具有重要影响，因此有必要对其内部流场进行数值模拟研究。

2. 基于Fluent的数值模拟方法Fluent是一种常用的计算流体动力学（CFD）软件，可以对流体力学和传热传质等现象进行数值模拟。

在风力致热装置内部流场模拟研究中，可以利用Fluent对风力致热装置内部的流场进行三维模拟，并通过计算各个位置处的速度、温度和压力等参数来分析其流动特性。

3. 内部流场模拟研究方法风力致热装置内部流场模拟研究的方法主要包括以下几个步骤：（1）建立数值模型：首先对风力致热装置的结构进行建模，并确定计算区域的几何形状和边界条件。

（2）网格划分：利用Fluent对计算区域进行网格划分，以保证数值模拟的准确性和稳定性。

（3）设定物理参数：根据风力致热装置的工作条件和材料特性，设置流体的物性参数和加热装置的工作参数。

（4）控制方程求解：利用Fluent求解控制方程，计算风力致热装置内部流场的速度、温度和压力等参数。

（5）分析结果：对数值模拟得到的结果进行分析，评估风力致热装置内部流场的流动特性和传热特性，为风力发电设备的优化设计提供参考。

4. 模拟结果与分析在风力致热装置内部的流场中，流动状态的稳定性和流速的分布均对风力发电设备的性能有重要影响。

通过数值模拟可以得到风力致热装置内部流场的速度矢量图和速度云图，以及温度分布图和压力分布图，从而全面了解其流动特性。

风力致热装置内部的传热特性也是研究的重点之一。

通过数值模拟可以得到风力致热装置内部的传热系数分布图和传热效率曲线，评估其内部的传热性能和传热均匀性。

5. 结论通过风力致热装置内部流场模拟研究，可以全面了解其内部流动状态和传热性能，并通过对模拟结果的分析来优化风力发电设备的结构和工作参数，提高其稳定性和使用寿命，从而推动清洁能源的发展和应用。

基于Fluent的风力致热装置内部流场模拟研究风力致热装置是一种利用风能进行加热的装置，通过将风能转化为热能，提供室内的供暖。

为了研究它的工作原理和优化设计，可以利用Fluent软件进行内部流场模拟研究。

需要建立风力致热装置的模型。

根据装置的实际几何形状，可以利用Fluent中的几何建模工具创建装置的3D模型。

模型应包括风力装置的主要结构以及热交换器和风扇等组件。

在建立模型时，需要准确地表示各个组件之间的接触关系和接口。

应设定装置的边界条件。

通过设定出流入流速和压力，可以模拟室内外风力差异引起的气流。

还需设定风力装置的转速、风扇的转速和温度等参数，以模拟装置在实际工作条件下的运行状态。

然后，通过选择适当的流体模型和求解方法，对装置的内部流场进行模拟计算。

在Fluent中，可以选择不可压缩的流体模型，如k-ε湍流模型，以考虑流场中的湍流现象。

求解方法可以选择离散步进法或时间步进法，以得到稳态或非稳态的流场分布。

根据模拟结果，可以得到流速、压力、温度等关键参数的分布情况。

对模拟结果进行分析和优化。

通过对模拟结果的分析，可以了解风力致热装置内部的流动特性，如湍流现象、悬浮粒子的运动轨迹等。

进一步分析得到的温度分布情况，可以评估风力装置的加热效果以及对室内热量分布的影响。

如果模拟结果与实际情况存在差异，可以根据分析结果对装置进行优化设计。

利用Fluent进行风力致热装置内部流场模拟研究，可以较全面地了解装置的工作原理和性能特点，为进一步优化设计和提高其加热效率提供科学依据。

还需要结合实际的运行情况和实验数据，综合考虑模拟结果，得出合理的结论和建议。

基于Fluent 的风力致热装置内部流场模拟研究刘雨江，勾昱君，李耀东，孔凡钊（华北理工大学冶金与能源学院，河北唐山063210）引言我国风资源丰富，全国平均风功率密度为100W/m 2。

而大多数利用方式偏向于风力发电，但是由于风力发电对风速要求较高造成了不少风资源的浪费，能量转化效率最高35%。

风能热利用将风力机输出的机械能转化为热能，通过热泵为热用户提供热量，这种利用方式更符合能量梯级利用。

风力致热是将风能通过风力机收集后，将机械能传送至搅拌桶，通过搅拌工质的方式将风能转化为热能，能量利用效率为40%[1]。

沈阳工业大学在1985年研制了一台20kW 的油压式风力致热系统。

吴书远[2]等通过分析致热原理和过程，对风力机与致热器的匹配做出研究，得出最佳匹配公式。

寇鹏[3]设计了风力直接搅拌致热装置，并在自然风中进行实验，证明了风力致热的可行性。

Melissa R.Elkinton [4]通过调查美国风能和太阳能热力系统，设计建造了相对应的七个风力涡轮致热模型。

结果表明与传统天然气供暖的房屋相比，小型风光互补供暖系统通常更加昂贵，但是在大型系统下风光互补系统更具有优势。

郭宇[5]对比了17种不同工质在300~500rpm 转速范围下的致热效果，得出石蜡油与水1：1配比下致热效率最高。

随着计算流体力学（computational fluid dynamics ，CFD ）理论研究的不断发展，CFD 被应用于许多复杂流场计算中。

fluent 作为CFD 主要仿真软件之一有着十分强大的功能，本文基于fluent 对风力致热搅拌桶内部流场进行仿真模拟，研究结果对提高风力搅拌致热效率提升有一定参考依据。

1模型的建立与验证使用Solidworks 对文献[5]中相应的实验模型进行1：1等比例建模，如图1所示。

实验中致热蓄热罐内径为425mm ，罐高450mm ，罐内壁装有长50mm 、厚度为10mm 的阻流板4片，对称安装在罐内；实验中搅拌器为六直叶圆盘涡轮叶片，转盘直径为280mm ，每片叶片长60mm ，宽度为50mm ，厚6mm ，搅拌器模型如图1（b ）所示。

fluent多相流模拟温度变化使用Fluent多相流模拟温度变化引言:在工程和科学领域中，了解物质在不同温度下的行为是非常重要的。

为了研究和预测温度变化对不同物体的影响，科学家和工程师使用了各种模拟方法。

其中一种常用的方法是使用Fluent多相流模拟软件。

本文将探讨使用Fluent多相流模拟温度变化的原理和应用。

一、Fluent多相流模拟的基本原理Fluent是一种基于计算流体力学（CFD）的软件，它使用数值方法来解决流体流动和传热问题。

多相流模拟是Fluent的一个重要功能，它可以模拟多种物质在不同温度下的相互作用和传热过程。

在Fluent中，多相流模拟是通过将模拟区域分为离散的网格单元来实现的。

每个网格单元内的物质被假设为均匀的，并且可以具有不同的热传导系数和热容量。

通过在不同网格单元之间建立质量、能量和动量的平衡方程，可以模拟物质在不同温度下的传热和流动行为。

二、Fluent多相流模拟温度变化的应用1. 工业领域Fluent多相流模拟在工业领域中具有广泛的应用。

例如，在石油和化工行业，科学家和工程师可以使用Fluent来模拟化工过程中的温度变化。

通过分析和优化温度分布，可以提高生产效率和产品质量。

2. 环境工程在环境工程中，Fluent多相流模拟也发挥着重要作用。

例如，在城市规划中，可以使用Fluent来模拟建筑物和街道上的温度分布。

通过分析不同材料的热传导性能和建筑物的排热能力，可以减少城市热岛效应，改善城市的舒适度。

3. 生物医学在生物医学研究中，Fluent多相流模拟可以用于模拟人体内部的温度变化。

例如，在热疗领域，科学家可以使用Fluent来模拟热疗过程中的温度分布，以优化治疗效果并减少副作用。

此外，Fluent还可以用于模拟血液流动和热传导，帮助医生更好地理解和治疗心脑血管疾病。

三、Fluent多相流模拟温度变化的优势1. 准确性Fluent多相流模拟使用基于数值方法的计算模型，可以准确地预测物质在不同温度下的行为。