Global random walk solvers for fully coupled flow and transport in saturated/unsaturated porous media (extended version)
Global random walk solvers for fully coupled flow and transport in saturated/unsaturated porous media (extended version)
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用于饱和/不饱和多孔介质中完全耦合流动和传输的全局随机游走求解器（扩展版）
DOI：
10.1016/j.advwatres.2021.103935
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Prectel
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Iliano;Prectel
在这篇文章中，我们提出了新的随机行走方法来解决饱和/非饱和多孔介质中的流动和输运问题，包括耦合的土壤中的流动和输运过程，通过随机水力传导和补给场模拟的非均质系统，在现场和区域尺度上的过程。数值方案基于全局随机游走算法（GRW），该算法根据特定的随机游走规则，通过在规则网格上移动大量的计算粒子来近似解。为了科普理查兹方程和耦合系统的非线性和退化，我们采用类似于有限元/体积方法中的L-格式的线性化技术实现了GRW算法。由此产生的GRW L-格式收敛的迭代次数，并提供数值解，是一阶精度的时间和二阶空间。一个显着的性能的流动和运输GRW解决方案是，他们实际上是免费的数值扩散。GRW求解器进行了验证，在一维和二维基准问题的混合有限元和有限体积求解器的比较。它们包括理查兹方程完全耦合对流扩散反应方程，并捕捉从非饱和到饱和流态的过渡。
In this article, we present new random walk methods to solve flow and transport problems in saturated/unsaturated porous media, including coupled flow and transport processes in soils, heterogeneous systems modeled through random hydraulic conductivity and recharge fields, processes at the field and regional scales. The numerical schemes are based on global random walk algorithms (GRW) which approximate the solution by moving large numbers of computational particles on regular lattices according to specific random walk rules. To cope with the nonlinearity and the degeneracy of the Richards equation and of the coupled system, we implemented the GRW algorithms by employing linearization techniques similar to the L-scheme developed in finite element/volume approaches. The resulting GRW L-schemes converge with the number of iterations and provide numerical solutions that are first-order accurate in time and second-order in space. A remarkable property of the flow and transport GRW solutions is that they are practically free of numerical diffusion. The GRW solvers are validated by comparisons with mixed finite element and finite volume solvers in one-and two-dimensional benchmark problems. They include Richards’ equation fully coupled with the advection-diffusion-reaction equation and capture the transition from unsaturated to saturated flow regimes.
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