粒子扩散模拟程序设计及应用-毕业论文网

论文总字数：18200字

目录

摘要

Abstract

1.国内外研究现状综述...............................5

1.1研究的意义.. ..................................................5

1.2大气扩散模式研究...............................................5

1.3粉尘污染的研究.................................................7

1.4土壤中溶质的扩散迁移...........................................8

1.5分子和原子在材料中的扩散运输...................................9

1.6复杂网络数据包的扩散研究.......................................9

粒子随机行走算法及程序设计原理...................10

2.1随机行走算法...................................................10

2.2程序设计原理...................................................11

部分程序设计代码.................................12

4.容器中液体分子扩散计算实例.......................15

4.1封闭空间粒子扩散过程模拟分析...................................15

4.2封闭空间粒子留存率与扩散通道大小关系模拟及分析,................18

5.结论与展望.......................................20

参考文献...........................................20

致谢...............................................22

粒子扩散模拟程序设计及应用

吴寒

，China

Abstract:In recent years, the diffusion of particles has important research significance in the increasingly serious environmental pollution. In order to study the diffusion of particles in various fields of real life.More and more scientists choose to use the computer as the main tool to study the law of their movement. In this paper, the use of VB6.0 to the particle diffusion in the enclosed space program and then come to the simulation data for us to study the diffusion of particles in the enclosed space.

Key words:Particle diffusion; Program design;Enclosed space

国内外研究现状综述

1.1研究的基本意义

这些年来工业的发展，全球的经济同样在飞速的增长，人们享受着鼓囊囊的钱袋所带来的舒适的生活。然而随之而来的环境问题让人们对未来充满了深深的担忧。工业排放的气体中大多为有害粒子，它们通过自然的循环进入空气中、海洋里以及土壤中，使得我们所生存的环境变得不再那么健康安全。为此科学家做了很多的研究来控制事情的恶化，人们为了预测和控制大气污染开始了对大气污染的扩散研究。但是气体是没有固定形态的它会因为气象条件以及外部环境等因素而呈现出不同的形态，如果以污染气体作为研究对象需要极高的技术支持以及高额的研究经费，因此对于大气污染及其扩散的实时动态监测实施起来很困难，因而科学家们开始使用一些具有代表性的数学模型与大气污染扩散的结合来建立大气污染物扩散模式，将这些模型的理论数据与实践检测的数据结果相对比，结果发现与实际的情况基本吻合。今后这些模式被普遍应用在模拟和预告污染粒子的扩散的散布情况，评估大气质量。大气污染扩散模式的应用,受到了多种条件的影响，如气象因素、地形、污染粒子的物理及化学特征、污染源等。不同的扩散模式应用与不同的考虑因素和范围，选择适当的模式才能够比较精准的模拟污染物的扩散及分布，用于城市空气质量预报。为此国内外都进行了不同的研究。

本文所研究的粒子是指类似有害气体、放射性尘埃中的广义颗粒，这些粒子在空间内表现为随机行走的性质。通过对于这些粒子的疏散以及扩散行为的模拟研究可以了解和掌握诸如有害气体泄漏及扩散、放射性物质泄漏以及扩散、有毒物质在水域中的泄漏和扩散、雾霾传播和扩散、工业粉尘疏散和扩散、土壤中的水分和养料的渗透以及扩散、分子和原子在材料中的扩散和运输、复杂网络数据包的传递和输运等的运动规律，有着重要的研究意义。文中主要是利用MATLAB来对粒子的随机行走扩散的过程进行仿真实验来得出扩散系数的实验数据，并且对比理论数据来验证模拟的可行性。由于仿真过程的条件是理想化的个实际情况有点差别，因此实验结果与理论数据允许一定范围的误差。

1.2大气扩散模式研究

近些年来，在工业生产化学危害气体的过程中，由于运输或贮存过程中的失误使得这些有害气体泄漏导致周遭的民众受伤甚至死亡的事情时有发生。所以对于这类有害气体的扩散过程运动趋势和浓度分布的了解，并且用来确定事故后的安全区域以及疏散方式是在未来用来应对这些突发事件中在救急过程中亟待解决的问题。基于不同的气象条件对于这些危险气体在大气中的扩散的浓度的分布需要建立不同的物理模型来解决有害气体扩散的问题。就目前而言，我们研究大气扩散发展了三代模型^[1]，第一代模型为高斯扩散模型，它是一种经验模型,大量的实验数据表明高斯分布是污染物浓的度分布的最为匹配的近似形式。高斯模型的数学形式相对简单, 可以通过一些大规模的野外实验获得模型计算中所需要的一些主要参数，这样可以方便在各种气象条件下的选用。第一代模型有下面两个特点:在浓度计算时对于水平方向和铅垂方向都是采用的高斯分布假设；而湍流分类和扩散参数则采用的是离散化的分类方法。它的优势在于我们只需要用常规的气象观测所使用的资料就可以估算出扩散的参数,但这些并不实用于高架点源的远距离的运输的研究。20世纪的80年月末期, 酸雨以及酸沉降模式出现在了世人的视野中,这些酸性的污染物质的运输、化学变化、以及沉降的模式被称为了第二代模型.。第二代模型和第一代的本质上的区分是完全的丢弃了我们传统意义上的离散的关于稳定度分类的方法以及它的扩散参数体系,在对流的条件下，烟流的铅直分布上采用的是非高斯型算法。第三代模型是集齐了上述两个阶段模型的研究成果, 并且结合了计算机技术的新的发展,如用于处理地理信息的系统、输出结果的专门的图形软件和因特网的数据传输等, 同时还增加了能见度的计算等内容。目前国际上应用最广泛的是英国剑桥环境研究中心开发研制的ADMS —城市大气污染物扩散模型。ADMS - 城市大气污染物扩散模型专门致力于城市种种污染物的环境污染所带来的问题。

高斯理论是在在假设概率的分布是属于正态分布的基础上进行的，即扩散的系数是常数。在较平稳的大气条件中，以统计的概念来讲，证明粒子的扩散浓度分布概率的契合正态分布，该模式对比其他模式的表现形式较为简单，同时也是被最为广泛应用的模式。高斯模式适用于平原地区，风速大于且污染源为点源的气态去准气态形式的物质的扩散传播^[2]。根据不同的气象条件，高斯模型有多种不同的表达形式：有标准高斯烟羽模型、烟团轨迹模型和分段烟羽轨迹模型等。本文主要说明标准的高斯模型。