土壤和裂隙介质中反常扩散的分数阶变导数建模

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11202066
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1302.环境流体力学与颗粒流
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Contaminant transport in natural soil and fractured media is an important topic of applied research in pollution prediction and control.Numerous experimental and field observations have found that such transport in general do not obey Fick's second law and is of anomalous diffusion. In recent decades, fractional derivative diffusion models have been successfully applied to anomalous diffusion of this type. However, these fractional models only consider the heterogeneity of medium and do not involve the influence of temporal and spatial variations of medium structures or porosity. Moreover, little experiment has been done and reported concerning their mechanism in literature.Based on my research work in recent five years, the objective of this proposal is to establish a variable-order fractional diffusion model to describe contaminant transport in such varying soils or fractured media. We will combine lab experiments and numerical modeling to explore underlying physical mechanism. The key point is the analysis of non-Fickian feature via the physical significance of fractional variable-order derivative and then investigates mechanism underlying solute transport in soils and fractured media. The purpose is to develop a variable-order fractional advection-diffusion equation model with clear physical mechanism and easy-to-get parameters to characterize the evoluation trend and main features of contaminant concentration transport. This study will offer a mechanical theoretical model for prediction and control of water pollution in complex environments.
自然环境土壤和裂隙介质中污染物迁移过程是污染预测和治理的一个重要应用基础研究课题。大量的实验和现场观测发现这些迁移过程一般不符合Fick第二定律,是一类反常扩散。近年来分数阶导数扩散方程已成功应用于描述此类反常扩散现象。但是常规的分数阶扩散模型仅考虑介质的非均质性,未涉及介质结构或孔隙率随时空变化的影响,此外,有关的机理实验也鲜有报道。基于申请者近5年来的研究工作,本项目拟发展分数阶变导数扩散模型,反映介质非均质性的时空变化对扩散行为的影响;采用溶质迁移机理实验与数值模拟相结合的方法,探明模型阶数与介质结构的关系。从变导数的物理意义入手,结合非Fick扩散特征分析,研究土壤和裂隙介质中溶质迁移演化的机理。本项目的目标是建立物理机理明确,参数估计简单的变导数对流-扩散方程模型,刻画污染物浓度的演化趋势和主要特征,评价污染物对水环境的长期影响,为复杂环境中水污染预测和治理提供力学理论模型。

结项摘要

土壤和地下含水层中溶质迁移过程中介质结构或孔隙率往往随时空变化,因而溶质的扩散行为也随时空变化。本项目发展了分数阶变导数扩散模型,刻画介质结构时空变化对扩散行为的影响,数值模拟结果与实验数据吻合,达到了预期目标。通过分数阶导数扩散方程模型数值结果分析与人工分形结构中粒子随机运动模拟,初步掌握了模型参数、扩散统计规律与介质结构的关系。项目团队经多年探索,引入了分形导数尺度变换的概念,提出了分形导数Richards 方程模型,解释了非饱和介质中水分扩散的非Boltzmann 尺度律现象,准确刻画了水分扩散过程的时间尺度效应。为了提高数值模拟的精度和速度,建立了求解时间分数阶导数扩散方程的半离散有限单元法,实现了模型的长时间高精度模拟,数值结果和实验数据的对比表明新算法能够准确地描述溶质扩散过程,并预测长时间演化趋势。项目还开发了复杂介质中溶质粒子随机运动模型的Matlab工具箱,为深入研究和工程应用提供了基础。成果方面,团队成员基于上述研究内容,发表了学术论文12篇,其中SCI检索论文9篇,综述论文1篇,软件著作权1项。人才培养方面,依托项目培养了博士研究生4名,硕士研究生2名,其中2名研究生已顺利获得博士学位。项目也极大地促进了项目组成员的学术交流,共资助学术会议10次,学术访问2次。综上所述,项目在溶质反常扩散分数阶导数建模方面达到了预期目标,促进了科研团队的发展,培养了科研人才。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
Time-fractional derivative model for chloride ions sub-diffusion in reinforced concrete
钢筋混凝土中氯离子次扩散的时间分数阶导数模型
  • DOI:
    10.1080/19648189.2015.1116467
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    EUROPEAN JOURNAL OF ENVIRONMENTAL AND CIVIL ENGINEERING
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Wei Song;Chen Wen;Zhang Jianjun
  • 通讯作者:
    Zhang Jianjun
A variable-order time-fractional derivative model for chloride ion sub-diffusion in concrete structures
混凝土结构中氯离子亚扩散的变阶时间分数阶导数模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Fractional Calculus and Applied Analysis
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Wen Chen,;Jianjun Zhang;Jinyang Zhang
  • 通讯作者:
    Jinyang Zhang
A Dynamic-Order Fractional Dynamic System
动态阶分数动力系统
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/30/4/046601
  • 发表时间:
    2011-03
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Sheng Hu;Chen Yang-Quan;Chen Wen;Yu Zhong-Bo
  • 通讯作者:
    Yu Zhong-Bo
A fractal Richards#39; equation to capture the non-Boltzmann scaling of water transport in unsaturated media
分形理查兹
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Advances in Water Resources
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Meerschaert, Mark M.;Zhang, Yong;Zhu, Jianting;Chen, Wen
  • 通讯作者:
    Chen, Wen
Understanding partial bed-load transport: Experiments and stochastic model analysis
了解部分床荷输送:实验和随机模型分析
  • DOI:
    10.1016/j.jhydrol.2014.11.064
  • 发表时间:
    2015-02
  • 期刊:
    Journal of Hydrology
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    HongGuang Sun;Dong Chen;Yong Zhang;Li Chen
  • 通讯作者:
    Li Chen

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

海底天然气水合物上覆层甲烷气体运移过程模拟
  • DOI:
    10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2018.07.005
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    可再生能源
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    向世焜;孙洪广;常爱莲
  • 通讯作者:
    常爱莲
河道溶质输运过程的截断型分数阶导数建模研究
  • DOI:
    10.13205/j.hjgc.201805002
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    环境工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韦慧;孙洪广;危嵩
  • 通讯作者:
    危嵩
反常扩散:分数阶导数建模及其在环境流动中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙洪广;常爱莲;陈文;张勇
  • 通讯作者:
    张勇
软物质系颗粒材料组成、微结构与传输性能之间关联建模综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许文祥;孙洪广;陈文;陈惠苏
  • 通讯作者:
    陈惠苏

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

孙洪广的其他基金

土壤重金属迁移分数阶导数模型的机理分析和参数确定
  • 批准号:
    11972148
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:
    面上项目
非饱和土壤中水分和溶质同步运移的分数阶导数建模
  • 批准号:
    11572112
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码