三维湍流风沙运动的数值模拟研究

针对风沙气固两相拟流体运动问题，我们深入研究了数值模拟中的有限差分方法和有限元方法等。一方面，对于简化不可压粘性流体运动模型，我们设计出若干高效算法，包括加罚方法，稳定化方法，侵入界面方法，两水平方法，算子分裂方法等，从理论上建立了稳定性分析、收敛性分析和误差估计等，最后数值模拟验证了理论分析结果。另一方面，我们从沙粒跃移运动模型出发，重点考虑了在风沙水平脉动和垂直脉动，以及沙粒的重力、拖曳力、Magnus力、Saffman力和静电力的条件下，近地层风沙流动的数值模拟，并与中国科学院新疆生态与地理研究所建立了实质性合作研究，多次开展风洞试验和野外观测研究。..此外，我们以南疆策勒绿洲区为案例，利用多年的实验观察数据，基于地统计学方法、修正的Delta方法、不确定性量化方法等，研究了干旱区绿洲地下水埋深时空变异与监测优化，并提出未来策勒绿洲区地下水的资源优化配置与综合管理策略。从而为今后气候变化的长程分析和径流模拟提供数据支撑，也为下游绿洲水资源管理提供了重要的参考。..上述研究成果为非线性科学的研究和发展以及计算流体力学在工程技术中的应用提供了新的研究途径。相关研究成果已以41篇论文发表在国内外著名学术期刊上（全部收录在SCI源期刊上）。2015年“不可压流体动力学方程高效算法及其应用”获得自治区科技进步二等奖。项目组成员进行了广泛的学术交流，共参加学术会议30余次，并多次作学术报告；项目执行期间一共培养硕士6名，协助培养博士4名。总之，研究工作按照申请计划书顺利进行，并根据实际情况作了适当调整，圆满完成各项任务。