[发明专利]一种电动辅助原位高级氧化修复的数值模拟方法

权利要求书

1.一种电动辅助原位高级氧化修复的数值模拟方法，其特征在于，所述的方法步骤如下：

步骤一、对COMSOL和PHREEQC软件内的设置进行初始化，确定研究区的概念模型、涉及研究区结构定义、化学物质设置，初始和边界条件设置，并基于网格的自适应剖分，设置模拟节点数量；

步骤二、利用运移-反应算子分离法，分别计算迁移与反应过程；其中，迁移项由COMSOL进行多场耦合环境刻画，具体包括水力梯度下的对流，浓度梯度下的弥散，电势梯度下的电迁移、电渗流及可能发生的电极反应；反应项则由PHREEQC进行水相物质分配、以及高级氧化修复的多类，多级氧化动力学方程的刻画；

步骤三、基于PHREEQC为内核，为输入界面重构的EK-ISCO模块来处理各级动力学氧化还原反应；

步骤四、迁移与反应模拟耦合过程是逐步长进行的：本步长内，COMSOL计算得到的物质空间分布结果被导入至PHREEQC内计算各类反应；之后PHREEQC中计算得到的新浓度数据被视为初始条件带入下一个步长进行运移模拟；由MATLAB 内编译的子程序控制模拟步长及模拟时长；基于自编译得到耦合计算模块，组合形成CPM-ISCO数值模拟流程，实现精细模拟电动辅助原位高级氧化修复过程；

步骤五、在完成指定数目步长的数值模拟后，将所有结果导入至COMSOL或在外部程序中进行后处理。

2.根据权利要求1所述的一种电动辅助原位高级氧化修复的数值模拟方法，其特征在于，步骤二中基于能斯特-普兰克-泊松多场环境刻画：

宏观尺度下，使用能斯特-普朗克方程来描述某种物质i移动行为，其通量表达式由弥散项活度项和电迁移项组成：

其中是水相物质扩散系数，c_i是水相物质浓度，γ_i是活度系数，z_i离子价态，F是法拉第常数，R理想气体常数，T是温度，Φ是电势；

在地下水含水介质中，由于固相介质存在，使得物质i在水相里的扩散受到限制，因此，公式1中的水相扩散系数被替换为D_i＝D_i^aqτ，其中τ为迂曲率；同样，介质孔隙度n的大小对物质的扩散也又有类似影响；除此之外，总的通量还需要考虑对流的影响

依据驱动力的不同，对流项，q^*主要分为两类：1)外加水力梯度条件下，会产生压力水流，即传统意义上的地下水流；2)外加电场的条件下，会在介质体间产生电渗流；因此，q^*可以表示为q^*＝q+u_e，其中q是水力梯度下形成的通量，宏观条件下可以依据达西定律表示：

其中k_h为渗透率，ρ为流体密度，g为重力加速度，μ为动力粘滞系数，为水头差；

根据霍姆赫兹-斯莫鲁霍夫斯基理论，电渗流通常可以表示为其中k_e为电渗系数，对应于达西定律中的渗透系数；在介质体内部溶液pH接近中性时，该值约为10^-8-10^-9m²/(V·s)；

由此，带入质量守恒方程，物质i的迁移本构方程主要由下式表示：

其中，R_i为源汇项；

外加电场作用下或者带电离子本身在外力作用下发生定向移动，会影响周围的电势分布，泊松方程被用来定量这一过程：

其中ρ_e为电荷密度，表示为ρ_e＝F∑z_ic_i，ε₀为真空的介电常数，ε_r为相对介电常数；

联合公式(2)、(4)、(5)即为能斯特-普兰克-泊松方程，该组方程即为描述物质在介质中运移的本构方程。