气固两相剪切流动大型规模并行直接数值模拟研究的任务书.docx

气固两相剪切流动大型规模并行直接数值模拟研究的任务书
任务书
一、任务目标
本项目旨在开展气固两相剪切流动大型规模并行直接数值模拟研究，以提高气固两相流动的计算和预测能力，并为相关科研领域提供重要的数值计算方法和技术支持。
二、任务简介
气固两相流动是一种复杂多变的流动形态，广泛应用于化工、石油、环保、食品等工业领域。这种流动的特征在于气体和固体颗粒同时存在，且二者之间的相互作用较为明显，这就要求我们在模拟时需要考虑气体和固体颗粒之间的相互作用以及两相之间的相互作用。
为了提高气固两相流动的计算效率和精度，一种重要的方法是利用直接数值模拟（DNS）来精确模拟气固两相流动的动态行为。为了实现这一目标，我们需要采用大型规模并行计算技术来提高计算效率，同时还需建立可靠的物理模型和算法，以确保计算精度和可靠性。
三、研究重点
1.建立气固两相流动的物理模型，包括流场解析、颗粒动力学及两者之间的相互作用等方面。
2.采用直接数值模拟方法进行气固两相流动的计算，并对其进行模拟验证。
3.探索并行算法与大型并行计算平台，提高计算效率和计算能力。
4.分析气固两相流动的动态特性和相互作用，探讨流体力学、固体力学和相互作用力学的结合。
5.利用计算结果及时预测和评估气固两相流动的工程应用性能，为工程实践提供技术支持。
四、研究方法
1.建立气固两相流动的物理模型，包括流场解析、颗粒动力学及两者之间的相互作用等方面，并对物理模型进行数学化描述。
2.采用直接数值模拟方法，将气体和固体颗粒分别用Navier-Stokes方程和排斥势模型表示，利用某些理论和代码将两者组合。
3.探索并行算法与大型并行计算平台，如MPI和OpenMP等，并针对原有算法进行改进和优化。
4.分析气固两相流动的动态特性和相互作用，包括粘度、湍流强度、颗粒的动能和动量、颗粒浓度和形态等方面。
5.利用计算结果及时预测和评估气固两相流动的工程应用性能，如工业粉体输送、沉降、流化和喷雾等方面，并与实验结果进行对比。
五、研究任务分工
1.研究组组长：负责整个研究的规划和组织，统筹协调各项工作。
2.研究员：负责气固两相流动物理模型的研究和数学化描述。
3.计算专家：负责直接数值模拟和计算方法的研究和开发。
4.并行算法专家：负责并行算法和大型并行计算平台的开发和改进。
5.工程应用专家：负责气固两相流动在工程应用中的实际效果评估和预测。
6.研究生：参与相关研究工作，包括模型建立、数据分析、论文撰写等方面，全力支持研究组的工作。
六、研究进度
本研究计划历时三年，共分四个阶段。
第一阶段（第一年）：进行气固两相流动的物理模型研究和数学描述，为直接数值模拟打下坚实基础。
第二阶段（第二年）：开展直接数值模拟和并行算法的研究和优化，提高计算效率和执行能力。
第三阶段（第三年）：分析气固两相流动的动态特性和相互作用，并评估其在工程应用中的实际效果。
第四阶段（第三年）：总结研究成果并进行相关技术推广，为企业提供技术支持和服务。
七、经费预算
本研究预算经费共计1000万元，其中人员费用、设备费用、材料费用、差旅费等项目均已纳入考虑范畴。
八、预期成果
1.建立气固两相流动的物理模型和数学描述，并为直接数值模拟打下坚实基础。
2.开发高效的直接数值模拟方法和并行算法，提高计算效率和执行能力。
3.研究气固两相流动的动态特性和相互作用，评估其在工程应用中的实际效果。
4.场合研究成果，推广科技成果，提升企业的技术改造和产品质量。