[发明专利]一种基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，其特征在于，所述数值模拟方法包括以下步骤：

(1)生成拟随机数序列；

(2)根据水体环境条件、粘性泥沙性质和生物颗粒性质计算颗粒聚并概率与破碎概率；

(3)根据过大絮团数进行聚并事件与破碎事件的选择；

(4a)若步骤(3)中选择了聚并事件，随机选絮团颗粒i和j，对其聚并概率采用接受-拒绝法检验，若检验通过则两颗粒发生聚并，若未通过则重新随机选择，直至聚并事件成功发生；

(4b)若步骤(3)中选择了破碎事件，随机选絮团颗粒i，对其破碎概率采用接受-拒绝法检验，若检验通过则该颗粒发生破碎，若未通过则重新随机选择，直至破碎事件成功发生；

(5)在步骤(4a)或(4b)后计算更新絮团颗粒性质，包括粒径、分形维数、聚并概率、破碎概率；

(6)计算推进模拟时间，模拟将重复步骤(3)～(6)直到完成计算时段；

(7)模拟在模拟时间满足计算时段后，计算包括颗粒粒径分布、特征粒径、生物组分的絮团性质。

2.根据权利要求1所述的基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)～(5)基于双变量群体平衡方程，双变量群体平衡方程为：

式中：V和V_b分别为絮团体积和生物组分体积，n(V,V_b,t)为拥有体积(V,V_b)的絮团在t时刻的数量浓度；β(V,V_b；V′,V′_b)和α(V,V_b；V′,V′_b)分别表示体积分别为(V,V_b)和(V′,V′_b)的两絮团的碰撞频率和聚并效率函数；a(V,V_b)为体积为(V,V_b)的絮团破碎概率函数；b(V,V_b|V′,V′_b)为体积为(V′,V′_b)的絮团破碎成体积为(V,V_b)絮团的分布函数。

3.根据权利要求1所述的基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，水体环境条件包括紊动剪切率、水体密度、水体动力粘度、温度；粘性泥沙性质和生物颗粒性质包括初始粒径分布、颗粒密度。

4.根据权利要求1所述的基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，聚并概率为碰撞频率与聚并效率的乘积，碰撞频率考虑布朗运动、不等速沉降、湍流剪切作用以及生物粘性作用。

5.根据权利要求4所述的碰撞频率基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，其特征在于，碰撞频率计算公式为：

式中：β_ij为絮团碰撞频率，β₁和β₂分别为粒径相关碰撞频率和生物组分相关碰撞频率，D_i和D_j分别为絮团i和j的粒径，K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，μ为水体动力粘度，G为紊动剪切率，g为重力加速度，ω_i和ω_j分别为颗粒i和j的沉速，和分别为絮团i和j的生物体积组分，η_MB为矿物-生物组分对碰撞频率的影响参数。

6.根据权利要求1所述的基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，其特征在于，所述步骤(3)中，设定过大絮团粒径与柯尔莫哥洛夫微尺度成正比，考虑生物粘性对絮团最大粒径的增长影响；破碎事件发生概率为：

式中：n_b为过大絮团的数目；当P_frag大于所生成拟随机数，选择破碎事件发生，反之则选择聚并事件。