泥沙輸運模擬的案例
【CAE案例】吉普斯蘭湖入口泥沙輸運的驅動因素
圖2 TOMAWAC得到的Hs、Dp 、Tp模擬值與CFSR、NWW3測量值的對比
圖3展示了二維水動力模型的水位和流量驗證結果。圖中模擬值（藍線）與測量值（紅線）對比，發現模擬得到的水位值是測量值的3/4，但經過調低1/3后二者能很好的吻合，原因可能是水深的地形文件不準確。因此需要獲取更多關于湖區水深測量的信息，以改進水動力模擬。總體來說，此次驗證證明了二維水動力模塊的仿真能力。
圖3 二維水動力水位值（調低1/3）與測量值比較
驗證模型之后，本案例建立了三種泥沙輸運模型來進行模擬仿真，研究在風暴條件下模型的不同設置對泥沙輸運的影響。以下三幅圖展示了9月10日 UTC 00:00的海床演變模擬結果：
圖4是有推移質，但無波浪和懸移質輸運模型的模擬結果；在沒有波浪和懸移質輸運的情況下，海床演變的跡象很小。
圖5是有推移質和波浪，但無懸移質輸運模型的模擬結果；當同時考慮到推移質輸運和波浪時，9月8日發生的風暴導致泥沙相對均勻地以沙壩的形式向外海移動。
圖6是同時考慮推移質、波浪、懸移質輸運模型的模擬結果。當同時考慮到推移質、懸移質輸運和波浪時，整個海床的演化是守恒的，較少的泥沙會被沖進外海中。
圖4 有推移質無波浪且懸移質輸運模型的海床演變
圖5有推移質和波浪無懸移質輸運模型的海床演變
圖6 同時有推移質、波浪、懸移質輸運模型的海床演變
03 研究結論
本文首先使用二維水動力模塊與TOMAWAC模塊計算風暴氣候下海浪的相關參數并與測量值對比，驗證模型的仿真能力。TOMWAC模塊得到的海浪數據作為泥沙輸運模塊SISYPHE的輸入文件。然后使用三個模塊耦合建立三種不同的泥沙輸運模型仿真模擬極端氣候條件下的海床泥沙輸運情況，證明了極端天氣對泥沙輸運的影響。
展開 【CAE案例】普爾灣與基督城灣的泥沙模擬
但是，如果可以提前預知泥沙沉積的具體位置，就可以通過在泥沙沉積區域疏浚作業，實現侵蝕地帶的泥沙回收。因此，有必要針對這一需求，開發一個用于計算英吉利海峽泥沙遷移路徑的數值模型，并且把研究區域重點放在斯沃尼奇和懷特島之間。
圖 1 普爾灣和基督城灣（來源：谷歌地球）
02 案例展示
網格
使用二維水動力模塊對英吉利海峽和南部北海區域建模。由于在海岸附近的泥沙輸運主要由波浪驅動的洋流控制，為了正確地模擬這些過程，需要準確地表示波浪破碎現象發生的位置。最終使用的小尺度細網格的整體精度為25m，局部尺度加密網格至5m，而在坡度較緩的彎曲海灘將網格精度調整為10m，遠岸（海豚沙附近）精度拉長至50m。
地形
通過從英國水文局（UKHO）和海峽海岸觀測站（CCO）收集得到測量水深數據，整合并形成海洋大尺度地形數據集如圖 2所示。其中索倫特灣、普爾灣以及基督城灣的CCO數據為2006年至今的一系列測量數據，UKHO數據則是從2004年至今的調查數據。
圖 2 研究區域（左上角）以及研究區域地形DEM示意圖
潮汐邊界
通過海洋邊界處的水位變化，讓水動力條件由潮汐和洋流控制，并將其包括在數值模型中。該模型具有東西兩個開放的、用于施加水力條件的邊界。通過從TPXO衛星測高數據集提取的潮位作為驅動水動力模型的邊界條件，研究者們向研究區域施加了時空變化的潮汐波動，從而模擬出大海的潮汐變化。
展開 儲層巖石孔隙尺度的化學輸運模擬
本項目使用真實結構的micro-CT圖像數據，在Simpleware軟件中進行可視化和處理，生成網格化的3D模型，然后將其導出至仿真軟件中研究化學輸運機制。
亮點
從開源庫中獲取真實巖石結構的 micro-CT數據；
在Simpleware ScanIP中進行圖像處理和分割；
在Simpleware FE中為孔隙結構生成高質量的多相網格；
在仿真軟件中進行孔隙尺度化學輸運模擬。
圖像處理
使用帝國理工學院孔隙尺度模型（PERM）聯盟提供的開源巖石CT圖像庫中的micro-CT 數據，獲得孔隙空間和微觀結構的RAW圖像文件。在Simpleware ScanIP中將圖像數據轉換為基于3D體素的幾何結構，為網格劃分做準備。由于CT掃描通常會產生噪音，此步驟的處理極其復雜。為了渲染構造良好的巖石和孔隙相，在ScanIP軟件中使用了一系列的視覺濾波器和圖像處理技術。
圖：Simpleware ScanIP中micro-CT數據的可視化和分割
利用Simpleware FE模塊為多相流模型生成非常穩健的CFD網格，并直接導出至 仿真軟件。
圖：使用Simpleware FE模塊生成網格化的多孔結構模型
然后將網格化的多孔介質模型導入商用偏微分方程（PDE）求解器中求解 Navier-Stokes 方程，計算絕對滲透率等基本參數。這樣的工作流程可以對真實孔隙尺度結構中化學組分的輸運進行模擬。
展開 十五、Fluent濕空氣模擬-組分輸運模型
<p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">FLUENT可以使用組分輸運模型來模擬濕空氣，但這只是組分輸運模型的一個簡單應用，實際上對組分輸運模型應用比較多的是燃燒和化學反應問題。本文主要通過組分輸運模型模擬濕空氣問題來講解該模型的基本使用方法。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> </span></p><p><strong style="background-color: rgb(0, 255, 0);">1 概念介紹</strong></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">什么叫做組分輸運？我們通過和多相流概念對比來進行理解，我們知道多相流是指相態不同（氣、液、固）的流體或相同相態但運動狀態不同的流體共同流動，對于這樣的問題我們使用多相流模型可以很清晰的查看流體的相界面分布情況。但是如果多種流體相態和運動狀態都相同，呈現出一種混合狀態比如空氣，不存在相界面，我們應該如何模擬呢？-使用組分輸運模型，所以組分輸運模型實際上是模擬混合物各組分之間或與其他相之間的相互作用。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">對于空氣，其由氧氣、氮氣、水蒸氣等氣體組成，如果我們只想了解其中水蒸氣各物理場分布情況，就可以使用組分輸運模型。本例用一個簡單的例子來簡要描述Fluent組分輸運模型模擬濕空氣問題。
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奧胡斯大學NPG Asia Materials：WSe2晶體管的雙極性輸運行為和他在模擬電路中的應用
奧胡斯大學NPG Asia Materials：WSe2晶體管的雙極性輸運行為和他在模擬電路中的應用。
【本文亮點】
（1）利用電場力顯微鏡研究了1-40層WSe2的電場屏蔽效應，發現1-3層WSe2屏蔽行為與二維模式的非線性Thomas-Fermi理論相符合；而4-40層WSe2的屏蔽行為則趨向于三維Thomas-Fermi理論，呈現了WSe2的維度效應。
（2）研究了1-40層WSe2場效應晶體管的電學性質，對其載流子濃度，遷移率，雙極性行為進行了深入的分析討論。
（3）研究了WSe2厚度與金半接觸勢壘的依賴關系，發現肖特基勢壘主要體現在空穴區域，且隨著層數的增加，空穴導電的肖特基勢壘逐漸降低。
（4）將WSe2晶體管與Kelvin力顯微鏡相結合，研究了WSe2功函數與外電場的依賴關系，揭示了外電場對WSe2費米能級的調制效應及WSe2雙極性場效應的本質。
（5）構建了基于雙極性WSe2晶體管的模擬電路，呈現出由門電壓可調節的同向/反向電路。
【引言】
相對于單極性晶體管而言，雙極性晶體管能夠很容易的通過調節門電壓使其工作在n-type半導體或者p-type半導體。因此雙極性晶體管有望更高效地簡化電路設計并節約CMOS設計空間。石墨烯和黑磷具有雙極性電場效應。然而石墨烯受限制于其零帶隙的特點而很難應用于邏輯器件中。黑磷雖然具有可觀的帶隙，但是其對大氣比較敏感而較難應用于實際器件中。
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