饱和多孔介质中水力-力学-传质耦合过程的混合有限元法

›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (5): 1477-1482.

饱和多孔介质中水力-力学-传质耦合过程的混合有限元法

武文华，李锡夔

大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连 116023

收稿日期:2007-10-31 出版日期:2009-05-10 发布日期:2011-02-18
通讯作者: 李锡夔，1940年生，博士，教授，博导，主要从事计算固体力学数值模拟。 E-mail:xikuili@dlut.edu.cn
作者简介:武文华，1973年生，博士，副教授，主要从事多孔介质耦合行为分析研究。

Mixed finite element method for coupled hydro-mechanical-mass transfer process in saturated porous media

WU Wen-hua, LI Xi-kui

State Key Laboratory of Structural Analysis of Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian116023, China

Received:2007-10-31 Online:2009-05-10 Published:2011-02-18

摘要/Abstract

摘要：

对饱和多孔介质提出了一个含溶混污染物输运（传质）过程的混合元方法，其中污染物输运过程数学模型包含了对流、机械逸散、分子弥散和吸附等机制。固相位移、应变和有效应力，孔隙水压力、压力空间梯度和Darcy速度，污染物浓度、浓度空间梯度和浓度流量在单元内均为独立变量分别插值。基于胡海昌-Washizu三变量广义变分原理，结合可以滤掉虚假振荡的特征线方法，推导出饱和土中水力-力学-传质耦合问题控制方程的单元弱形式，并导出了混合元计算公式。数值模拟证明了所提出的方法可以提供与传统4点积分方案同样精度，同时能够提高计算效率。

关键词: 水力-力学-传质, 饱和土, 特征线法, 混合元, 一点积分

Abstract:

A mixed finite element method for miscible contaminant transport (mass transfer) process in saturated porous media is presented. The governing mechanisms in contaminant transport model contain convection, mechanical dispersion, molecular diffusion and adsorption. The displacement, strain and effective stress in solid phase; pressure, pressure gradient and Darcy velocity in liquid phase; contaminant concentration, concentration gradient and its flux are treated as independent variables. The variational (weak) form of the governing equations is given on the basis of the extended Hu-Washizu three-field variational principle with particular consideration of the characteristic-based algorithm in eliminating spurious numerical oscillations in solving mass transfer process. The numerical results illustrate good accuracy and efficiency in comparisons with the existing standard four-point quadrature.

Key words: hydro-mechanical-mass transfer, saturated soils, characteristic method, mixed finite element method, one point quadrature

中图分类号:

O 357

武文华，李锡夔. 饱和多孔介质中水力-力学-传质耦合过程的混合有限元法[J]. , 2009, 30(5): 1477-1482.

WU Wen-hua, LI Xi-kui. Mixed finite element method for coupled hydro-mechanical-mass transfer process in saturated porous media[J]. , 2009, 30(5): 1477-1482.

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