مدلسازی انتقال محلول در رودخانه حاوی نواحی نگهداشت موقت با استفاده از روش شبکه مدارهای الکتریکی معادل

Abstract

با توجه به آثار زیان‌بار آلاینده‌های ورودی به منابع آبی که ناشی از فعالیت‌های انسانی می‌باشد، انجام مطالعات در زمینه پیش‌بینی غلظت این آلاینده‌ها به منظور انجام اقدامات مقتضی برای کنترل، ضروری به نظر می‌رسد. بدین منظور مدل‌های انتقال جرم متعددی برای پیش‌بینی غلظت محلول در آبراهه‌های طبیعی ارائه شده‌اند. این مدل‌ها به ندرت دارای حل تحلیلی بوده و عمدتاً با استفاده از روش‌های عددی حل می‌شوند. در این تحقیق روشی تحت عنوان روش شبیه‌سازی مداری (NSM) که بر پایه آنالوژی موجود بین معادلات دیفرانسیلی حاکم بر پدیده‌های هیدرودینامیکی و الکتریکی است، معرفی شده و کاربرد آن در حل مدل‌های مذکور مورد بررسی قرار گرفته است. مراحل اجرای این روش شامل استخراج مدل الکتروآنالوژیکال و طراحی مدار الکتریکی معادل و در نهایت شبیه‌سازی مدل مداری با استفاده از کد مناسب در یک نرم‌افزار تحلیل مدارهای الکتریکی است. در این مقاله ابتدا NSM با مدلسازی حالتی از معادله انتقال نگهداشت موقت که حل تحلیلی دارد، صحت‌سنجی شده و سپس دقت و کارایی آن در مقایسه با روش عددی احجام محدود (FVM) در حل مدل نگهداشت موقت تودرتو، برآورد شده‌است. نتایج مدلسازی‌ها حاکی از مطابقت بسیار عالی بین دو روش NSM و FVM با شاخص‌های خطای نزدیک به صفر است. حال آن‌که پیاده‌سازی شرایط مرزی در NSM ساده‌تر بوده و انعطاف‌پذیری بالاتری دارد. به علاوه، زمان محاسباتی مورد نیاز NSM برای مثال‌های مورد مطالعه کمتر از زمان محاسباتی مورد نیاز FVM می‌باشد. بنابراین NSM به عنوان جایگزینی دقیق و کارا برای روش‌های عددی در حل معادلات انتقال توأم یک‌بعدی پیشنهاد می‌شود.