Замість власних значень λn можна шукати значення v
Таким чином, отримані аналітичні рішення всіх основних крайових завдань конвективної дифузії, забруднюючих воду, речовин за умови осереднення швидкості фільтрації по просторових координатах.
1.1.3. Моделювання масопереносу у випадку D=D(
Вихідні рівняння. Процес масопереносу розчинних речовин (солей, гіпсів й ін.) при фільтрації підземних вод можна описати наступною системою диференціальних рівнянь у частинних похідних:
де
де Γ - коефіцієнт Генрі.
У багатьох практичних задачах як рівняння кінетики масообміну береться одне з наступних рівнянь.
1) при кристалізації або розчиненні компонентів породи у фільтрівній воді
де
2) при нерівномірній необоротній сорбції або десорбції відповідно
3) при рівноважній сорбції або десорбції відповідно
де
Надалі як рівняння кінетики беремо рівняння (1.88), що є в математичному відношенні найбільш загальним з наведених вище. Тому у випадку плоско-вертикальної сталої фільтрації система рівнянь масопереносу запишеться у вигляді
Припустимо, що вирішено фільтраційне завдання й визначений комплексний потенціал фільтрації
названою зазвичай характеристичною функцією течії (
У зв'язку із цим доцільно робити осереднення коефіцієнта конвективної дифузії в новій системі координат окремо уздовж еквіпотенциальних ліній й уздовж лінії струму. Тим самим уводиться поняття коефіцієнта поперечної конвективної дифузії D
Якщо ввести безрозмірні величини
то рівняння (1.95) запишеться у вигляді
де H - діючий напір.
Одержання рішення при осереднені швидкості фільтрації.
При вивченні процесів міграції промислових або побутових стічних вод, що скидають у водойму, а також при розрахунку виносу ядохімікатів або добрив із сільськогосподарських угідь, розглянутих у вигляді смуги певної ширини, виникає необхідність визначення якісного складу підземних вод, ступеня їхнього забруднення або мінералізації. Рішення всіх цих важливих питань зводиться до розгляду відповідних крайових завдань фільтрації й конвективної дифузії, фільтраційні задачі для яких розглянуті вище.
Будемо вирішувати крайову задачу конвективної дифузії при осереднені швидкості фільтрації по всій області комплексного потенціалу
де
при наступних граничних і початкових умовах:
причому через c1 позначена концентрація речовини у водоймі АВ, а через c0 - концентрація речовини в підземних водах у початковий момент часу t0 = 0 . Рішення крайової задачі (1.97)-(1.99) будемо шукати у вигляді
де функція
а функція
Функція, що задовольняє рівнянню (1.101) і граничним умовам (1.102), не залежить від змінної ψ, а крайова задача (1.101),(1.102) еквівалентна наступній:
Вирішивши крайову задачу, знайдемо
де
Розглянемо тепер задачу
Загальна схема методу Фур'є. Рішення крайової задачі шукаємо у вигляді