基于非结构化网格气液两相流数值方法及并行计算研究与软件开发的开题报告一、研究背景和意义近年来，气液两相流在许多领域得到了广泛应用，例如化工、石油、航空、核工程等。气液两相流的数值模拟成为研究者们研究该领域现象的重要手段。而对于气液两相流的数值求解，网格法是较为常见的一种方法。然而，传统的结构化网格法在处理层流与湍流气液两相流时存在一些困难，同时也会产生计算量大、模型耦合复杂等问题。因此，非结构化网格法成为气液两相流求解领域的研究热点。同时，由于气液两相流计算规模较大，普通的串行计算方式已经无法满足实际需求，因此并行计算成为进行气液两相流数值模拟的重要前提条件。因此，开发基于非结构化网格的气液两相流并行计算软件，对于加快数值模拟的速度，提高计算效率有着重要的意义。二、研究内容与目标本课题的主要研究内容为气液两相流的非结构化网格数值模拟方法及并行计算技术。研究目标如下：1.基于非结构化网格的气液两相流数值模拟方法研究，包括数值算法、时间步进方案等相关技术。2.开发气液两相流的非结构化网格并行计算软件，实现对大规模流场的快速求解。3.对气液两相流的流动规律进行研究，探究流场特征、液体颗粒运动规律和交互作用等问题。三、研究方法和步骤1.阅读相关文献，研究气液两相流的数值模拟方法及非结构化网格技术。2.建立气液两相流的数学模型，并实现所选数值算法，比较各算法的精度和计算效率。3.开发基于非结构化网格的气液两相流并行计算软件，实现计算机集群间的信息传输与通讯，提高计算效率。4.进行气液两相流的数值模拟，并对流场特征、液体颗粒运动规律和交互作用等问题进行研究分析。四、研究预期结果通过对气液两相流的非结构化网格数值模拟方法及并行计算技术的研究，预期可以达到以下结果：1.建立基于非结构化网格的气液两相流数值模拟平台，实现对复杂流场的求解。2.开发气液两相流基于非结构化网格的并行计算软件，提高计算效率，实现大规模流场的快速求解。3.通过数值模拟研究气液两相流的流动规律，探究流场特征、液体颗粒运动规律和交互作用等问题。五、研究难点和解决方案研究难点主要包括：1.非结构化网格气液两相流求解算法的选取；2.非结构化网格气液两相流并行计算软件的开发；3.大规模气液两相流数值模拟的计算瓶颈。针对上述难点，研究方案如下：1.选取适合非结构化网格的气液两相流数值求解算法，并对比其精度和计算效率；2.采用MPI编程模型，开发基于非结构化网格的气液两相流并行计算软件，实现计算机集群间的信息传输与通讯；3.建立适量的计算模型，通过计算资源的优化配置来解决大规模气液两相流数值模拟的计算瓶颈。六、研究前景气液两相流的数值模拟研究是一个发展前景较为广阔的领域。本项目沿用新型的非结构化网格数值方法，具有描述实际气液两相流运动更加准确、处理更复杂气液两相流问题等优势。另外，此项目还涉及并行计算，可以更快地求解大规模的流场，缩短数值模拟时间，提高求解效果，有利于相关领域的实际应用。因此，本研究有很好的应用前景和经济效益。