船闸阀门突扩体廊道掺气水流数值模拟研究的任务书.docx

船闸阀门突扩体廊道掺气水流数值模拟研究的任务书
任务书
课题名称：船闸阀门突扩体廊道掺气水流数值模拟研究
任务背景：
在长江流域，有许多航道和水利工程需要通过船闸来完成安全通航和调节水位的作用。其中，船闸阀门是船闸的重要组成部分，它的开合状态直接影响到水流的流量和速度，从而影响到整个船闸的通行情况。因此，对于船闸阀门的水流传输研究具有十分重要的意义。
本研究团队已经完成了船闸阀门和突扩体的三维数字化建模以及流场数值模拟分析，并且根据模拟结果对船闸阀门的水动力性能进行了初步分析。但是，现有的模拟还没有考虑水体中的气体含量对水流传输的影响，而气体的掺入会影响水流的流动状态和速度分布，还可能产生更复杂的流动结构和湍流现象。因此，在此背景下，需要开展一项新的研究任务，即船闸阀门突扩体廊道掺气水流数值模拟研究。
任务目标：
本研究任务的主要目标是开展船闸阀门突扩体廊道中的掺气水流数值模拟研究。具体来说，需要完成以下目标：
1.基于先前的三维数字化建模和模拟结果，对掺气水流传输过程进行模拟计算。
2.探究气体含量对水流速度、流量、剪切力和压力等影响，分析水流掺气现象对船闸阀门的水动力性能产生的影响。
3.通过比较不同气体含量下的数值模拟结果，分析水流掺气现象对水动力性能的影响机理。
4.对数值模拟结果进行数据处理和分析，并生成可视化的图表，使结果更加直观、易于理解。
任务内容：
本研究任务的具体内容包括以下几个方面：
1.三维数字化建模：在此基础上，将气体掺入船闸阀门突扩体廊道中，构建掺气水流传输模型，并进行数值模拟计算。
2.数值模拟：采用计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）模拟工具，进行掺气水流传输的数值模拟计算，其中包括流场速度和压力的计算。
3.研究分析：通过对数值模拟结果进行分析和处理，确定水流传输特点和掺气现象的影响机理，分析掺气现象对船闸阀门水动力性能的影响。
4.结果展示：将研究结果进行数据处理和分析，并生成可视化的图表，如流线图、速度等值线图、压力分布图等，以便更好地展示研究结果。
研究方案：
1.模型建立：
将实际存在的突扩体廊道的三维模型导出，进行离散化和网格生成。然后，将气体与液体相结合的掺气区域进行建模，给定气体掺入速率、体积分数等相关参数，进而构建掺气水流传输模型。
2.数值模拟计算：
建立掺气水流传输模型以后，通过CFD模拟软件对其进行数值模拟计算。运用时序显式方法、基于雷诺平均的湍流模型（Reynolds-AveragedNavier-Stokesequations，RANS）和方程离散化，计算出掺气水流传输的速度和压力等参数。运用自适应网格技术，进一步提高计算精度。
3.计算结果分析：
通过计算结果，分析区域流速和剪应力的变化及其与掺气比例的关系，并研究掺气现象产生的机理。同时，计算相邻区域的压差、涡量等参数，探究掺气对水动力性能的影响。
4.结果展示：
将研究结果进行数据处理和分析，生成流动图、速度等值线图、压力分布图等可视化图表，以便更好地展示研究结果。同时以科学论文的形式呈现研究结果，发布于相关期刊。
计划进度：
阶段|时间节点|完成情况
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1|2021年4月-2021年5月|船闸阀门突扩体廊道掺气水流模型建立、计算网格生成和模拟条件确定。
2|2021年6月-2021年8月|运用CFD模拟软件进行掺气水流传输数值模拟计算。
3|2021年9月-2021年10月|计算结果分析、机理探究和结果展示。
4|2021年11月-2022年1月|完成科学论文的撰写、修订和投稿。
人员安排：
1.项目负责人：负责项目的整体规划和方案制定，对研究过程进行指导、协调和监督。同时负责最终的研究报告的编写和提交。
2.数值模拟工程师：负责数值模拟计算的进展，检查计算结果和模拟程序，进一步提高计算效率。根据计算结果，设计数据处理算法和纯净分析代码。必须具备数值分析和数学模型设计等方面的掌握和实践经验。同时，必须掌握CFD工具和数值模拟工程，对流场分析有深入的理解。
3.技术人员：负责模型构建、网格生成和软件使用等操作，根据项目计划的进度和要求，保证计算的准确性和效率。
4.数据分析员：负责对计算所得的结果进行分析、绘图和展示。对计算所得的数据清楚洞察并在科学论文中写出正确的结论。
结论：
本研究任务要求对船闸阀门突扩体廊道掺气水流数值模拟研究，探究气体含量对水流速度、流量、剪切力和压力等影响，从而分析水流掺气现象对船闸阀门的水动力性能产生的影响并阐明其原因。需要建立掺气水流传输模型，通过CFD模拟计算数值模拟结论，并对计算结果进行分析、处理和绘图展示。最终，需要撰写科学论文并投稿于相关期刊。