非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式的研究及其在環(huán)境水力學(xué)中的應(yīng)用的任務(wù)書

非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式的研究及其在環(huán)境水力學(xué)中的應(yīng)用的任務(wù)書任務(wù)書一、課題背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值計(jì)算在環(huán)境水力學(xué)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。通常情況下，利用有限元、有限體積、有限差分等結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算方法對環(huán)境水力學(xué)問題進(jìn)行數(shù)值模擬分析已經(jīng)越來越成熟，但是當(dāng)計(jì)算區(qū)域存在復(fù)雜邊界或非規(guī)則形狀的物體時，利用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行離散會導(dǎo)致計(jì)算較為繁瑣，甚至無法處理。這時候，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式便能夠很好地解決這個問題。二、任務(wù)目標(biāo)本課題旨在研究非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法，并將其應(yīng)用于環(huán)境水力學(xué)問題中。具體的任務(wù)目標(biāo)如下：1.綜述非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式的理論基礎(chǔ)和發(fā)展?fàn)顩r；2.研究基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的數(shù)值計(jì)算格式，包括有限體積法、有限元法和邊界元法等，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜邊界或非規(guī)則形狀物體進(jìn)行數(shù)值模擬分析的方法和技術(shù)；3.利用所研究的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式，開展環(huán)境水力學(xué)問題的數(shù)值模擬研究，如水域流動、水質(zhì)傳輸和水生態(tài)系統(tǒng)等問題；4.對所得到的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析比較，與實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證，評估非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式在環(huán)境水力學(xué)中的可行性和適用性。三、任務(wù)步驟和工作計(jì)劃1.文獻(xiàn)綜述和理論研究(3個月)對非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式的理論基礎(chǔ)和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行綜述和研究，分析其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法，以及適用范圍和限制條件等。2.非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值模擬方法的研究(6個月)根據(jù)所研究的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式，選擇相應(yīng)的數(shù)值模擬方法，如有限體積法、有限元法和邊界元法等，利用編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜邊界或非規(guī)則形狀物體進(jìn)行數(shù)值模擬分析的方法和技術(shù)。3.環(huán)境水力學(xué)問題數(shù)值模擬(9個月)利用所研究的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式和方法，選取環(huán)境水力學(xué)中的典型問題，如水域流動、水質(zhì)傳輸和水生態(tài)系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)值模擬研究，獲取數(shù)值解并分析比較。4.分析比較和評估(3個月)對所得到的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析比較，與實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證，評估非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式在環(huán)境水力學(xué)中的可行性和適用性。四、預(yù)期成果1.完成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算格式的理論研究和方法探討；2.開發(fā)基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的環(huán)境水力學(xué)數(shù)值模擬軟件，并成功進(jìn)行數(shù)值模擬分析；3.發(fā)表若干篇學(xué)術(shù)論文，撰寫一份畢業(yè)論文并進(jìn)行答辯。五、參考文獻(xiàn)1.Versteeg,H.K.,Malalasekera,W.(2007).Anintroductiontocomputationalfluiddynamics.Thefinitevolumemethod.Harlow:PearsonEducationLimited.2.Hassanizadeh,S.M.,Gray,W.G.(1990).Generalconservationequationsformulti-phasesystems:1.Averagingprocedure.3.Chen,K.,Liu,J.(2002).Acomputationalframeworkusingunstructuredmeshesforenvironmentalfluidmechanics.JournalofHydraulicResearch,40(2):153-164.4.Li,S.Y.,Feng,X.T.,Huang,Y.Q.(2010).Afinitevolumemethodonunstructuredmeshesforpollutanttransportinshallowwatersofirregularshapes.EnvironmentalFluidMechanics,10(4):375-387.5.Arquitectura,I.(2015).Introductiontouns