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工具

 需要Java®插件软件来运行本节所遇到的Java®文件.

剪切离散动画

它是什么?

这是一个剪切离散模型。它模拟的是向一个宽度为B,具有纵向速度剖面U(y)的渠道中释放一种 被动示踪剂。每个示踪剂粒子(将它们视作分子)在随着水流对流的同时,它们在y方向内进行着一种 随机扩散过程。横向扩散和“差异对流”的联合作用引起了纵向离散过程,该过程遵守菲克法则。这意味着初时的一个过渡期之后,纵向内的示踪剂浓度剖面是高斯分布,并且纵向方差随时间线性增长。

它怎样工作

用户首先通过按下“设置”按钮初始化示踪剂分子。这个操作将分子在x=0处释放成横向内的一条线。 按下“运行”按钮启动模拟。在开始模拟之前,用户可以使用滑块改变沿渠道中心线的纵向速度U的数值,以及横向扩散常数Dy。用渠道的颜色变化表示真实的横向速度U(y)(深蓝是渠道中心线附近的最大速度,同时白色代表边缘处的零速度)。红线是固体渠道边界,此处是不允许分子穿过的。三角代表示踪剂粒子。

一旦模拟开始,可以通过观察着色渠道内的粒子运动来监视示踪剂的运动。另外,示踪剂的特性由三个命名为 “柱状图”,“示踪剂浓度剖面vs.高斯”,以及“示踪剂方差增长”的图给出。柱状图显示了所有示踪剂粒子随时间改变的位置柱状分布。注意到x轴是随时间改变的,因为示踪剂扩展得越来越开。下一个图比较了示踪剂浓度剖面与理想的高斯分布曲线。当菲克离散体系到达之后,示踪剂曲线将极其类似一个高斯分布。最后一个曲线显示了随时间变化的示踪剂方差的增长,并将它与以菲克离散理论为基础的预测结果进行了比较。注意到当从模拟中得到的线坡度与理想线性曲线相匹配时,菲克体系就建立了。

注意事项

注意到Dy值越高,横向内的粒子运动就越快。注意达到菲克离散体系的必要时间依赖于U和Dy。 看看你是否能够通过比尺和模拟的某种结合,确定这个函数关系。试着对每一种工况变化Dy的值,注意菲克离散已经开始的时间(高斯浓度剖面和/或者示踪剂方差的线性增长)