HYDRUS 是一個(gè)運(yùn)行于Windows系統(tǒng)下的環(huán)境模擬軟件，主要用于變量飽和多孔介質(zhì)的水流和溶質(zhì)運(yùn)移，可以模擬變量飽和多孔介質(zhì)下的水,熱和多溶質(zhì)二維和三維運(yùn)動(dòng)的有限元計(jì)算模型。軟件可進(jìn)行數(shù)據(jù)前處理、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的有限元網(wǎng)格生成以及結(jié)果的圖形展示。

【軟件特色】

　　自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格

　　數(shù)據(jù)預(yù)處理涉及二維流動(dòng)區(qū)域規(guī)范，具有任意形狀連續(xù)的折線、圓弧、樣條函數(shù)、域邊界的離散化和一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的有限元網(wǎng)格的下一個(gè)版本。PC Progress HYDRUS 2D3D Pro(標(biāo)準(zhǔn)版)帶有一個(gè)可選的網(wǎng)格生成程序，Meshgen可以生成一個(gè)非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格的二維域。PC Progress HYDRUS 2D3D Pro基于Delaunay推論，已經(jīng)被無縫集成到PC Progress HYDRUS 2D3D Pro環(huán)境里了。在沒有Meshgen程序的情況下，PC Progress HYDRUS 2D3D ProGUI提供了一個(gè)簡單、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的自動(dòng)構(gòu)建選項(xiàng)(Lite版本)。三維版本是在Lite和Standard版本下添加了指定的相同或不同厚度的層數(shù)。PC Progress HYDRUS 2D3D Pro3D專業(yè)版有一個(gè)三維網(wǎng)格生成程序(GENEX和T3D)，為通用三維域生成非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格。

　　后處理

　　輸出圖形包括水含量、流速、濃度、溫度在空間或橫斷面視圖的2D等高線(等值線或彩色光譜)。圖形輸出還包括速度矢量圖、彩色邊緣、顏色的點(diǎn)、連續(xù)的時(shí)間步的圖形顯示和動(dòng)畫以及選定的邊界或內(nèi)部截面線圖。用戶可以將感興趣的區(qū)域縮放，橫截面視圖的垂直刻度也可以放大。網(wǎng)格還可以展示邊界和編號(hào)的三角形、邊緣和點(diǎn)。觀察點(diǎn)可以添加到網(wǎng)格的任何地方。網(wǎng)格和/或空間分布結(jié)果(壓力頭、水含量、速度、濃度和溫度)的視圖都使用高分辨率彩色或灰階值。界面還包括一個(gè)內(nèi)容豐富的在線幫助菜單。

　　域和有限元網(wǎng)格區(qū)域

　　為了簡化復(fù)雜的運(yùn)移幾何圖形的工作，這些圖形可以劃分為簡單的部分稱為Section.只有這些簡單的部分可以在視圖窗口中顯示,而剩下的部分被隱藏。一共有兩種類型的Section:基于幾何對(duì)象的和基于有限元網(wǎng)格的。可以同時(shí)顯示多個(gè)section。使用各種命令可以切斷和隱藏不需要的運(yùn)移區(qū)域部分。

　　標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算模型

　　PC Progress HYDRUS 2D3D Pro是模擬變量飽和多孔介質(zhì)下的水、熱和多溶質(zhì)二維和三維運(yùn)動(dòng)的有限元計(jì)算模型。PC Progress HYDRUS 2D3D Pro數(shù)值求解飽和非飽和水流的Richards方程和熱傳遞和溶質(zhì)運(yùn)移的對(duì)流擴(kuò)散型方程。

　　水流方程包含一個(gè)下沉期，可導(dǎo)致植物根系吸水。熱傳遞方程考慮了水流傳導(dǎo)和對(duì)流運(yùn)動(dòng)。對(duì)流擴(kuò)散的溶質(zhì)運(yùn)移方程的管理是一個(gè)非常普遍的形式，包括固體和液態(tài)非線性非平衡反應(yīng)的規(guī)定以及液體和氣體的線性平衡反應(yīng)。因此，不管是吸附溶質(zhì)還是揮發(fā)溶質(zhì)(如殺蟲劑)都已經(jīng)考慮到了。溶質(zhì)運(yùn)移方程還包括了零階生產(chǎn)的影響、其他溶質(zhì)的獨(dú)立一級(jí)降解以及一階衰減和生產(chǎn)反應(yīng)，以便提供連續(xù)一級(jí)鏈中溶質(zhì)間所需的耦合。運(yùn)移模擬也會(huì)引起液相對(duì)流和擴(kuò)散、氣相擴(kuò)散，因此次模型在液態(tài)和氣態(tài)條件下可同時(shí)模擬溶質(zhì)運(yùn)移。目前PC Progress HYDRUS 2D3D Pro最多可考慮15種溶質(zhì)，在單向鏈中耦合或溶質(zhì)間獨(dú)立運(yùn)移。物理非平衡溶質(zhì)運(yùn)移由雙區(qū)和雙重孔隙公式引起，并把液相分成移動(dòng)和不可移動(dòng)區(qū)域。附著和分離理論，包括過濾理論，病毒、膠質(zhì)和細(xì)菌運(yùn)移的模擬也包含在其中。

　　圖形用戶界面

　　一個(gè)基于微軟Windows圖形用戶界面(GUI)管理的運(yùn)行PC Progress HYDRUS 2D3D Pro的輸出需求，以及網(wǎng)格設(shè)計(jì)和編輯、參數(shù)配置、問題執(zhí)行和結(jié)果可視化。PC Progress HYDRUS 2D3D Pro還包括一組控件，允許用戶創(chuàng)建一個(gè)流和運(yùn)移模型，并對(duì)運(yùn)行中的圖形進(jìn)行分析。使用空間和橫截面查看和線圖來檢查輸入和輸出。PC Progress HYDRUS 2D3D Pro圖形用戶界面的主程序單元定義了系統(tǒng)整體的計(jì)算環(huán)境。這個(gè)主模塊控制程序的執(zhí)行并確定哪些其他可選的工具是必要的。該模塊還包含一個(gè)項(xiàng)目管理器和兩個(gè)預(yù)處理和后處理單元。預(yù)處理單元包括所有必要的參數(shù)規(guī)格,如成功運(yùn)行PC Progress HYDRUS 2D3D ProFORTRAN語言代碼、相對(duì)簡單的矩形和六面體傳輸域的網(wǎng)格生成器、用于非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格的復(fù)雜二維和三維域的網(wǎng)格生成器、一個(gè)小目錄的土壤水力屬性和從土壤結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的RosettaLite程序生成土壤水力屬性。