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北方民族大学数值计算与工程应用研究所 2016-2020实验室建设发展规划

发布者:本站   发布时间:2018-3-30 9:16:20 阅读次数:   


 

 

北方民族大学

 

数值计算与工程应用研究所

2016-2020实验室建设发展规划

 

 

二〇一六年三月十日

 

 


 

 

 

一、建设目标 1

() 研究所简介 1

(二)发展定位 2

(三)建设目标 2

(四)教师队伍 3

二、规模与框架 4

(一)教育教学方面 5

(二)学科、学位点建设方面 5

(三)学术研究方面 5

(四)研究所的特色研究方向 8

(五)“十三五”期间,研究所拟承担的项目类别 9

(六)“十三五”期间,研究所拟开展的实验 10

三、实验室建设规划 10

(一)已建实验室 11

(二)拟增加的实验室 13

四、实验仪器设备采购规划 16

(一)2017年采购计划 17

(二)2018年采购计划 17

(三)2020年采购计划 17

 

 

 

 


规划正文:

 

数值计算与工程应用研究所2016-2020实验室建设发展规划

 

数值计算与工程应用研究所(以下简称研究所)是我校唯一一个直属学校的理工科研究所,现有流体力学实验室一个。该实验室是研究所学科建设、科学研究、人才培养的重要基地和条件支撑,承担着学校学科建设和科研团队建设的重要任务。

为了贯彻学校“十二五”发展规划精神和实现“基础理论厚实、知识结构合理、富有创新精神和实践能力的高素质应用型人才”的人才培养目标,根据研究所的建设目标、发展定位、学科特色、科研团队建设等要求,本着“突出学科优势,合理调整布局,优化资源配置,强化科学管理,提高投资效益”的原则,特制定研究所2016-2020年实验室发展建设规划。

一、建设目标

(一) 研究所简介

数值计算与工程应用研究所成立于2003年12月,主要研究领域有计算数学、应用数学、水利水电工程等。重点研究方向为:大型代数方程组的数值求解、偏微分方程(组)的高分辨率求解方法、河流与水库水沙运移数值模拟研究、河道及引水渠冰凌问题数值模拟研究、多孔介质(如土壤)溶质运移数值模拟研究、水资源优化配置计算、河流水库水质的计算等。这些研究方向的主要特色是:立足于干旱和半干旱地区,以宁夏境内黄河及有关水库、湖泊、引水渠水流运动、泥沙运移、水质变化、冰凌演变及土壤盐渍化为主要研究对象,具有代表性和区域典型性,研究结果不仅有较为重要的学术价值,而且可以直接服务于地方经济、社会和生态环境的发展。

研究所成立以来,承担研究生和本科生10多门课程的教学任务,培养7名博士研究生(其中已毕业3名),50名硕士研究生(其中已毕业40余名)。共出版学术专著3部、发表科研论文70多篇,其中被SCI、EI检索10余篇。共承担国家自然科学基金项目4项,省部级项目8项,厅局级项目6项,横向课题6项,其中大部分项目与当地工农业生产有直接联系,研究成果对当地有关部门具有较大的参考价值。

(二)发展定位

作为我校直属的理工科研究所,始终把科学研究、培养人才和服务地方放在第一位,立足于宁夏当地工农业生产及社会发展中存在的典型工程问题,包括水利工程、土木工程、环境工程等领域出现的有关问题,组建几个有不同学科背景的高水平科研团队,培养一批高水平科研人才,发挥交叉学科优势,进行系统的理论研究、科学试验和科学计算,争取一批重大科研课题,取得一系列高水平科研成果,并进行成果有效转化,为地方经济、社会、生态环境建设服务。

(三)建设目标

近年来在校领导的高度重视下,我校科研水平有大的提升,每年申报的各级各类项目逐年呈上升趋势,撰写的科研论文数量和质量上都有所提高。然而,和兄弟院校相比,科研水平还有大的提升空间。目前,由于我校生师比偏高,教师在完成较为繁重的教学工作量后,所剩用于科研工作的时间相对较少,加上大多数教师在科研方面都是单打独斗,难以形成合力。因此,长期以来,无法组建一支强有力的研究团队,难以申报高级别的科研项目,也难以产出有较大影响力的研究成果。

而研究所则可利用自己的优势,将学校闲散的科研力量进行有效整合,形成几个有一定实力、具有交叉学科背景的科研创新团队,以培养硕士和博士研究生为主,同时兼顾培养本科生,申报一批有影响的纵向科研项目,同时瞄准地区经济、社会发展中急需解决的典型问题,申报一批横向科研课题,服务地方。同时,研究所还肩负着学科、学位点建设的重任。

因此,根据当前和今后一段时间我校的实际需要,研究所今后5-10年的建设目标如下:

(1)根据研究方向,创建科研创新团队

    在今后一段时间里,研究所除引进专职人员外,根据科研需要,拟整合校内外科学计算与工程数值模拟方面相关领域的研究人员,组建2-3个区级或校级科研创新团队。

(2)建成一个区级或国家民委重点实验室

    在现有流体力学实验室的基础上,根据科研和研究生教学需要,购置一批高、精、尖科研仪器设备,努力建成一个区级乃至国家民委重点实验室。

(3)申报一批有影响的科研项目

    整合研究团队,形成合力,积极申报国家级和省部级纵向科研项目,并和地区政府、企事业单位积极合作,开展联合攻关,积极申报横向科研课题,解决地区经济、社会、生态建设中急需解决的科学问题,服务地方。

(4)培养一批科技创新人才

    研究所从成立到现在,已经培养博士研究生7名,硕士研究生50多名。今后拟利用各种平台,培养更多的博士和硕士研究生,让他们走向科技创新之列。另外,我校有关领域的中青年教师,通过主持和参与各种纵向和横向科研项目,通过学术交流合作,可以培养一批科技创新人才,为我校快速进入高水平大学之列奠定基础。

(5)协助有关部门进行学科、学位点建设

研究所从成立到现在,已经协助有关部门申报成功数学一级学科硕士点、计算机科学与技术及软件工程学科硕士点、土木工程本科专业、水利水电工程本科专业,并配合有关院系制定相关专业培养方案、教学大纲,并参与到相关课程的教学中。今后,将继续协助数学与信息科学学院申报并建设数学一级学科博士点、水利工程学科硕士点等。另外,研究所负责人同时也是我校“高水平建设计划”规划建设学科“数学”学科的一个方向“偏微分方程数值理论方法及其应用”的负责人,今后将带领团队成员,投入到我校高水平学科建设及“双一流建设”学科中去,为我校的学科建设及学位点建设贡献力量。

(四)教师队伍

研究所成立于2013年12月,原任所长为李春光教授(现为土木工程学院院长),2014年11月,景何仿被学校任命为所长。由于工作需要,研究所原有成员周炳伟和吕岁菊相继调离研究所,赴我校其他部门任职。然而,由于研究所科研需要,李春光教授、吕岁菊副教授、周炳伟老师仍然参与研究所的科研活动,是研究所的兼职人员。另外,土木工程学院的杨程博士、王芳博士、俞海博士、杨军博士以及数学与信息科学学院的一部分教师也经常参与研究所的日常学术交流活动,是研究所的兼职科研人员。总之,研究所现有成员16人,其中教授1人,副教授3人,讲师10人,工程师1人,除3名在读博士外,其余均具有博士学位。教师队伍中,有博士生导师1人,硕士生导师2人。教师队伍的年龄、职称及研究方向如表1所示。

今后5年内,根据需要,研究所拟引进正式编制人员3-5名,其中教师2-4名,实验员1名,兼职人员再扩充10名左右,总体教师规模(包括专职和兼职人员)控制在30人左右。

 

 

1  数值计算与工程应用研究所教师队伍及科研团队成员

姓名

性别

出生年月

职称

学历/学位

专业/研究方向

景何仿

196906

副教授

博士研究生/博士

水利水电工程/计算流体力学

李春光(兼)

1964,12

教授

博士研究生/博士

计算数学/计算流体力学

吕岁菊(兼)

1976,9

副教授

博士研究生/博士

环境工程/环境水力学

王  涛(兼)

1978,3

副教授

博士生在读

计算数学/计算流体力学

周炳伟(兼)

1975,11

讲师

硕士研究生/硕士

应用数学/应用数学

杨  程(兼)

1983,12

讲师

博士研究生/博士

水利水电工程/河流动力学

张宏武(兼)

1980,9

讲师

博士研究生/博士

基础数学/偏微分方程反问题

杨婉蓉(兼)

1985,2

讲师

博士研究生/博士

基础数学/非线性偏微分方程

刘佳音(兼)

1986,8

讲师

博士研究生/博士

基础数学/非线性泛函分析

陈瑞鹏(兼)

1986,8

讲师

博士研究生/博士

基础数学/微分方程与动力系统

王  芳(兼)

1984,10

讲师

博士研究生/博士

流体力学/计算流体力学

杨  军(兼)

1979,6

工程师

博士研究生/博士

农田水利工程/土壤水盐调控

俞  海(兼)

1984,6

讲师

博士研究生/博士

工程力学/数字光测力学

杨录峰(兼)

1980,1

讲师

在读博士

计算数学/偏微分方程数值解

吴砚婕(兼)

1982,9

讲师

在读博士

计算数学/计算流体力学

董建强(兼)

1986,7

助教

在读博士

计算数学/计算流体力学

 

二、规模与框架

“十二五”期间(2011-2015),在学校各级领导的关心和支持下,研究所经过全体成员的共同努力,在教育教学、学术研究、对外交流等各方面均取得了较好的成绩,为我校的发展做出了应有的贡献。在教育教学方面,承担了本科生、研究生共10余门课程的教学,培养硕士研究生20多名;学科建设方面,参与了“数学”一级学科博士点、“工程计算仿真与软件技术”二级学科硕士点、“土木工程”本科专业的申报工作或申报准备工作;学术研究方面,出版学术专著1本,发表学术论文30余篇,其中被SCI、EI检索10余篇,承担国家自然科学基金项目3项,省部级项目4项,横向课题4项,研究所成员参加了20余场次的国内、国际学术会议,并邀请国内外著名专家来我校进行学术交流。具体来说,有以下几个方面:

(一)教育教学方面

1、本科生课程教学

主讲的本科生课程有:数值计算方法、高等数学、线性代数、数值逼近、数值代数、偏微分方程数值解法、C语言程序设计、土木工程专业导论、水利水电工程专业导论、工程流体力学、土力学、工程测量。

2、研究生课程教学

主讲的硕士研究生课程有:高等数值分析、矩阵论、数值分析、计算流体力学、偏微分方程数值解法、偏微分方程现代数值方法、科学计算与计算机模拟等。

3、硕士研究生培养

毕业硕士研究生16名,在读硕士研究生8名。

(二)学科、学位点建设方面

1. 参加数学与信息科学学院博士学位点申报工作

积极参与数学与信息科学学院博士数学一级学科学位点申报工作,参与该博士学位点一个重要研究方向—偏微分方程数值计算理论与方法有关材料的撰写和修订工作。

2. 参与我校土木工程本科专业和水利水电工程本科专业的申报工作

研究所积极投入到我校土木工程专业和水利工程专业的申报、培养方案的制定、实验室建设等方面,并成功实现了获批和招生。

3. 积极投入到我校双一流建设学科和高水平建设学科“数学”的建设中

   研究所所长同时兼我校高水平建设学科“数学”学科一个方向“偏微分方程数值理论方法及其应用”的负责人,积极投入到该方向的建设中。

(三)学术研究方面

五年来,共发表学术专著1部,科研论文30余篇,大部分发表在核心期刊上,其中被SCI、EI检索10余篇。

承担国家自然科学基金项目3项(其中1项已结题)、省部级项目4项(宁夏自然科学基金项目3项、国家民委项目1项)、横向课题6项,研究经费合计180余万元。其中大部分项目与当地工农业生产有直接联系,研究成果对有关部门具有较大的参考价值。

承担的主要科研项目有:

1. 国家级及省部级项目

1)黄河上游大柳树河段三维泥沙运移及水温数值模拟研究(10961002)

经费来源:国家自然科学基金

经费:20万元

起止年月:2010,1-2012,12

项目主持人:李春光

主要参与人:景何仿、吕岁菊、周炳伟。

2)泥沙运移数值模拟中几个典型算法与建模问题的研究(91230111)  

经费来源:国家自然科学基金重大研究计划培育项目

经费:70万元

起止年月:2013,1-2015,12

项目主持人:李春光

主要参与人:景何仿、吕岁菊、杨程。

3)水沙运移中的格子Boltzmann方法研究(11361002)

经费来源:国家自然科学基金项目

经费:40万元

起止年月:2014,1-2017,12

项目主持人:景何仿

主要参与人:李春光、吕岁菊、周炳伟、张立新、马占武、杨程、董建强

4)黄河宁夏河段冰清预报数学模型研究(NZ1057)

经费来源:宁夏自治区自然科学基金

经费:2万元

起止年月:2010,1—2011,12

项目主持人:景何仿

主要参与人:李春光、吕岁菊、周炳伟

5)黄河宁夏段水库泥沙淤积计算方法研究(NZ13086)

经费来源:宁夏自治区自然科学基金

经费:10万元

起止时间:2013.8-2015.8

项目主持人:景何仿

主要参与人:李春光、吕岁菊、周炳伟、杨程

6)宁夏抽水型水库水质数学模型研究(NZ14110)

经费来源:宁夏自治区自然科学基金

经费:2万元

起止时间:2014,7-2016,7

项目主持人:杨程

主要参与人:李春光、景何仿、吕岁菊。

2.承担的横向课题

1) 项目名称:水洞沟水库泥沙淤积测试与模拟计算

委托单位:宁夏长城水务公司

研究期限:2011.9-2014.3

经费:15万元

项目负责人:李春光

主要参与人:景何仿、吕岁菊、杨程

2)项目名称:山西省辛安泉供水工程水锤防护措施研究

委托单位:西安理工大学

项目期限:2012.1-2012.6

经费:10万元

项目负责人:吕岁菊

主要参与人:李春光、景何仿、周炳伟、杨程

3)项目名称:山西中部引黄工程水锤防护措施研究

委托单位:西安理工大学

项目期限:2012.1-2012.6

经费:10万元

项目负责人:吕岁菊

主要参与人:李春光、景何仿、周炳伟、杨程

4)项目名称:固原市水资源优化配置研究

委托单位:宁夏自治区水利厅

研究期限:2012.12-2014.5

经费:20万元

项目负责人:李春光

主要参与人:景何仿、吕岁菊、杨程等

5)项目名称:宁东工业供水水库淤积及水环境测试实验与数值模拟研究

委托单位:宁夏自治区水利厅

项目期限:2013.12-2015.05

经费:20万元

项目负责人:李春光

主要参与人:景何仿、吕岁菊、杨程等

6)项目名称:河流二维数值计算中高效数值计算方法的研究

研究期限:2014.01-2015.12

委托单位:武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室

经费:5万元

项目负责人:景何仿

主要参与人:李义天、杨云平、朱博渊

(四)研究所的特色研究方向

1. 数值代数有关问题理论及数值计算

主要研究大型线性代数方程组的数值求解算法及理论分析、矩阵特征值问题及反问题的求解算法、非线性方程(组)的数值求解算法等。

2. 偏微分方程有关问题理论及数值计算

主要研究偏微分方程高精度高分辨率数值求解方法及理论分析,Navier-Stokes方程组的高效求解方法及理论分析等。

3. 水利工程有关问题理论及数值计算

主要研究水利工程中有关问题,包括河流泥沙冲淤问题、水库泥沙冲淤问题、湖库水质问题、土壤水盐运移问题、压力管道水锤问题等问题理论分析、物理试验及数值模拟。

4. 格子Boltzmann方法的基本理论及其在工程问题中的应用

主要研究格子Boltzmann方法的有关理论及算法,将该方法应用到有关工程问题的数值模拟中,解决工程实际问题。

5. 大规模科学与工程问题并行计算的有关理论及软件实现

大规模科学与工程问题高精度数值模拟的数值计算,一般节点数很多,计算量很大,用普通计算机很难完成,需要若干台计算机并行计算才能完成。本方向主要研究该类问题并行计算的有关理论及编程技巧。

(五)“十三五”期间,研究所拟承担的项目类别

1. 河流与水库水沙运移及河床变形数值模拟研究

该类项目旨在研究天然河流、水利枢纽、工业用水水库的水流运动、河床变形及泥沙冲淤情况.项目组着眼于地方实际,主要研究了黄河在宁夏境内一些典型河段(如沙坡头河段、大柳树河段等)及工业用水水库(如鸭子荡水库等)水沙运移及河床演变规律,研究成果可对该河段的河流治理及水库正常运行提供一定的参考,供有关部门决策。

2. 河流与引水渠冬季结冰现象数值模拟研究

主要研究了黄河宁夏段及宁夏境内引水渠冬季供水结冰现象,旨在发现一些规律,并对一些重要的冰情要素做出预报,如流凌日期、封河日期、开河日期,冰盖厚度发展情况、冰盖下稳定行水的可能性等,以供有关部门参考。

3.土壤水盐运移数值模拟研究

主要研究宁夏境内典型地段土壤水盐运移规律,提出了改良土壤结构的一些关键措施,供有关部门参考。

4.水资源优化配置计算

水资源为制约宁夏经济社会发展的一个关键因素。主要通过建立一些数学模型,对宁夏境内部分区域工农业用水及城乡居民饮用水资源进行合理调配,在满足各方面用水需求的前提条件下,尽可能地节约水资源, 为地方经济发展服务。

5.河流、水库、湖泊水质监测及模拟计算

近年来,随着我国工业的持续发展,水污染问题也也来越多的凸显出来,严重影响了自然资源,包括河流、水库、湖泊,也严重威胁着人们的身体健康。这方面研究所已经做了一些研究,发表了数篇科研论文,今后拟在水质监测和模拟计算方面做一些必要研究,申报一批科研项目,研究解决水污染问题的有效途径,为我区经济和社会发展服务。

6.水环境保护生态补偿的计算

我区部分工业包括造纸、农产品加工业、能源、化工企业的发展带来经济的增长,但却在一定的条件下以牺牲环境为代价,造成河流、湖泊被污染,土壤盐碱化。生态补偿的计算主要解决在不影响区域经济发展的情况下,让污染企业拿出一部分资金,用于补偿周边群众因此而产生的生命、健康和财产损失,并致力于改善水环境。研究所今后拟在这方面进行相应研究,争取科研项目。

(六)“十三五”期间,研究所拟开展的实验

根据“十三五”期间研究所的研究方向、承担的项目类别以及进一步培养研究生的需要、今后五年内拟开展的实验包括以下几个方面:

1. 实验室水槽中水沙运移试验研究及数值模拟研究

2. 天然河道水沙运移试验研究及数值模拟研究

3. 水库水沙淤积试验研究及数值模拟研究

4. 天然河道水质试验研究及数值模拟研究

5. 水库、湖泊水质试验研究及数值模拟研究

6. 盐渍化土壤试验研究及数值模拟研究

7. 非淹没植被阻水特性试验研究及数值模拟研究

8. 淹没植被阻水特性试验研究及数值模拟研究

以上试验中的一部分可以利用研究所现有的流体力学实验室和正建的土木工程学院有关实验室进行,另外还需要补充两个实验室和有关仪器设备。

实验室建设规划  

研究所拥有一个价值300多万元的流体力学实验室。该实验室拥有为数众多的先进实验仪器和设备,如可以开展清水和浑水实验的专业水槽,有可以进行野外实测的RiverCAT(“河猫”)系统,有流场实时测量系统VDMS,有实验室流速高精度测量仪器LDV,有进行数值模拟的专业软件如Delft3D等,还有研究所自行开发的一些应用程序,可部分地满足水流、泥沙、水质、土壤水盐运移数值模拟研究的需要。

流体力学实验室大部分设备仪器均购置于2010年前,其中又有相当一部分购置于2007年左右。目前,许多设备仪器已经无法正常运转或超过了服役期。虽然在2015年-2016年间对部分设备进行了维修,改造了排水系统,使原来一些一直无法正常运转的仪器设备运转起来。但是,随着研究所目前业务的需要,这些仪器设备已经无法满足正常业务需要,需要进行更新换代和扩充。

根据研究所的科研需要,并兼顾部分院系(包括数学与信息科学学院、土木工程学院等)的本科生和硕士研究生教学需要,在“十三五”期间,研究所拟增加两个实验室,并补充一些仪器设备。

(一)已建实验室

1. 流体力学实验室

该实验室建于2007年,面积约为300m2,可为研究所科研团队成员和计算数学专业硕士研究生开展科研使用,并可为土木工程专业和水利水电工程专业本科生的有关课程实验教学和创新项目服务。

1)已有的主要仪器设备

1)明渠水槽实验装置1台套。由西安理工大学定做。水槽长15m,宽0.5m,深0.5m,有清水池和浑水池各一个。

2)激光多普勒测速仪1台套。由美国TSI公司生产,这是一套最新型、高质量的三维激光多普勒测速仪(LDV)系统,该系统采用非常成熟的技术,使得速度和颗粒尺寸测量达到了前所未有的精确度,是国内外三维流速测量最为先进的仪器之一。

3)虹吸演示实验仪1台套

4)静水压强实验仪1台套

5)局部阻力实验仪1台套

6)孔口管嘴实验仪1台套

7)水电比拟实验仪1台套

8)沿程阻力实验仪1台套

9)文丘里实验仪1台套

10)土壤扩散率测定仪1台套

11)能量方程演示仪1台套

12)动量定律实验仪1台套

13)水击演示实验仪1台套

14)雷诺实验仪1台套

15)渗透实验仪1台套

16)水面曲线演示仪1台套

17)流线演示仪1台套

以上3)-17)均为供土木工程专业和水利水电工程专业本科生以及计算数学专业硕士研究生开展《工程流体力学》、《水力学》、《计算流体力学》等课程教学实验演示使用。

18)流速实时测量系统(简称VDMS)。流场实时测量系统是基于颗粒示踪、图像采集、处理和分析的流场测速系统,主要用于水工模型、河工模型和港工模型等试验系统中表面流速及水槽剖面流速的测量。

2)拟增加的仪器设备

1)声学悬沙剖面仪

根据声学原理测量水体剖面含沙量,可用于现场和实验室。可以用于泥沙运动研究、泥沙(悬浮颗粒)剖面分布、水下沙丘演变,疏浚回淤研究等。该仪器能够在线实时测量水流中的含沙量,目前我校尚无含沙量的在线测量仪器。

2)含沙量测量仪

具有连续检测液固二相流中固体含量的功能,如水电部门过机含沙量的连续实测。可以广泛用于水利、自来水厂、给排水、冶金、石油、工程、环保等领域,为检测液固两相流中固体含量提供了先进的手段。

3)定深采样器

用于采集河流、湖泊、水库及海洋等0-30m深度内的水样采集。顶部两个半圆上盖可轻松开合,底部带圆孔和浮动板,保证瓶体入水下沉时,水流可自由进出瓶体。采水器带温度计和配重,可配备绳索及缠绳摇轮。

3)开展的实验项目

1)雷诺实验

2)能量方程实验

3)沿程阻力系数测定实验

4)局部水头损失量测实验

5)明槽水跃实验

6)伯努利方程实验

7)流线演示实验

8)动量方程实验

9)有压渗流的水电比拟实验

10)明渠非均匀流水面线演示实验

11)孔口、管嘴出流实验

12)堰流实验

13)土壤水分入渗实验

14)泥沙起动实验

15)绕流实验

16)水生植被对水流特性的影响实验

17)土壤盐分测定实验

18)沙坡运动试验

(二)拟建实验室

1. 高性能计算实验室

研究所所在科研团队承担的科研项目大多都要进行数值模拟,所培养的博士和硕士研究生也需要进行高性能计算,因此需要高性能计算机、服务器和图形工作站6台左右。需要一个实验室来布设高性能计算机、服务器和图形工作站,面积约为24m2.

1)已有的仪器设备

1)微型电子计算机:5台,其中两台购置于2004年,3台购置于2007年,已处于报废状态。

2)Delft3D软件系统(2006版)1套,购置于2007年。

3)索尼数码照相机:1台,购置于2007年。

4)索尼数码摄像机:1台,购置于2015年。

2)拟增加的仪器设备

1)高性能计算机4台

需要进行二维和三维数值模拟和仿真计算,对计算速度和内存有较高要求,能够安装专业软件如ANSIS FLUENT软件,HYDRUS软件、MIKE3软件、Delft3D软件等。

2)图形工作站2台

具有较强的图形处理能力和计算性能,可支持8-16核心的并行计算,能够安装Windows 7及Linux操作系统和常用应用软件。

3)服务器1台

要求具有较大的内存(32G以上),支持4CPU,16-32核心的并行计算,具有较大的硬盘存储空间(2TB以上)。

4ANSIS FLUENT软件

ANSYS流体研究版5个用户数,高级热流体动力学仿真包,可用于模拟工业应用中的通风,流体流动、传热和反应,可支持16核心的并行计算功能。

5) HYDRUS软件:

3D Pro+7个模块,5用户版,可用于模拟土壤水分、溶质运移,双渗透多孔介质中二维可变饱和水运动和溶质运移变饱和水流及水化学反应等问题。

3)开展的实验项目

1) 实验数据的分析和整理

2)河道水流运动数值模拟试验

3)河道泥沙运移数值模拟试验

4)河道水质变化数值模拟试验

5)水库泥沙淤积数值模拟试验

6)水库水质变化数值模拟试验

7)含水生植被水流特性数值模拟试验

8)土壤水分运移数值模拟试验

9)土壤盐分运移数值模拟试验

10)水沙两相流数值模拟试验

11)圆柱、方柱绕流数值模拟试验

12)多孔介质流动数值模拟试验

13)多相流数值模拟试验

14)引水渠结冰问题数值模拟试验

15)黄河凌汛问题数值模拟试验

16)冰水两相流数值模拟试验

2. 测量分析实验室

研究所目前有一些便携式测量仪器,如“河猫”系统、激光粒度分析仪、手持GPS等,今后拟采购的一些仪器设备也大多数是便携式仪器,需要一个测量分析实验室,面积约为24m2

1)已有的仪器设备

1)声学多普勒测速剖面仪(俗称“河猫”)。可进行野外河流、水库流速、流量和水深的测量。

2)激光粒度分析仪。根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。测试范围:0.1微米-340微米

3)土壤水分特征曲线测量仪。采用沙箱法测量pF0.5-pF1.5的土壤水分特征曲线。

4)多功能测沙颗分仪。可自动测量水体中含沙量的变化和进行泥沙颗粒级配测量。

5)笔记本电脑:3台。其中1台购置于2007年,与声学多普勒测速仪配套使用,另外两台购置于2010年,分别与多功能测沙颗分仪和激光粒度分析仪配套使用。

2)拟增加的仪器设备

1)水质分析仪

测定30米以内水体的温度、电导率、盐度、PH值、溶解氧、氧化还原电位、氨氮、浊度及叶绿素。

2)浊度仪

光学原理测量单点浊度值,需配合现场采集代表点水样回实验室烘干称重后标定出浊度与含沙量线性关系,然后将测得的浊度值转换为含沙量。

3)定时定位土壤水分速测仪

采用国际上最流行的现场测试土壤水分原理:频域反射原理(FDR),即传感器发射一定频率的电磁波,电磁波沿探针传输,到达底部后返回,检测探头输出的电压,由于土壤介电常数的变化通常取决于土壤的含水量,由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。

4)物联网环境监测高通量监测仪

基于环境监测、数据分析、大数据网络平台共享等功能集于一体,用于农业、林业、环保、水利、海洋等科研教学实验领域在线监测、即时数据应用、历史数据查询、统计分析、远程协助等。可检测土壤、液体或者其他固体物质的温度、含水量、酸碱度、电导率、盐分、ORP、流速、流量。可扩充测试铵离子(氨氮)、钙离子 、钾离子、光学溶解氧 、水质铵离子 、氟离子、镉离子、氯离子、硝酸根离子、铜离子、钠离子、氰离子、铅离子、溴离子、硫离子、银离子、碘离子等。

5)土壤墒情在线监测系统

TDRS是一款高精度土壤温湿度测量传感器。土壤湿度测量基于时域反射原理,具有体积小、精度高、适用土壤类型广泛的特点。TDRS采用70MHZ频率电磁波,可以最大程度地减少土壤质地、土壤盐分的影响,可以适用于多种土壤类型。TDRS采用标准的SDI-12接口,可以很容易地和国际上的数据采集器兼容。TDRS用于土壤温湿度监测、土壤墒情监测、灌溉管理等领域。

6)冰雪情监测系统

基于空气、冰、雪与水(R-T-O)物理特性差异的冰雪情检测原理,其检测原理结构如图1所示。该系统主要由R-T-O冰雪情传感器、智能冰情检测仪及远程监控中心组成。其中R-T-O冰雪情传感器主要包括电阻式冰层厚度传感器、温度梯度传感器和光电式积雪深度传感器。整个系统利用太阳能供电,采用MSP430低功耗微处理器对冰雪情数据进行现场采集、存储,通过GPRS移动通信网络数据传输技术对实时数据进行远距离传输,再通过上位管理PC机对实时数据进行处理。本传感器系统具有实时、连续、在线监测冰层厚度、温度梯度和雪层厚度变化的功能。

3)开展的实验项目

1)水样含沙量测定实验

2)水样泥沙粒径级配测定实验

3)土壤水分测定实验

4)土壤盐分测定实验

5)水样水质测定实验

6)河流流速、流量现场实验

7)实验室水槽水流流速、流量测量实验

8)冰层厚度、雪层厚度、温度梯度在线测量实验

9)高精度地形坐标测量实验

10)河流泥沙含量在线测量实验

11)水库泥沙含量在线测量实验

12)水库水质在线测量实验

13)湖泊水质在线测量实验

14)土壤水分在线测量实验

15)土壤盐分在线测量实验

四、实验仪器设备采购规划

根据上述实验室建设规划,研究所在“十三五”期间拟采用分布申报审批的方式,购置教学和科研方面最急需的一些实验仪器设备。

(一)2017年采购计划

1. 声学悬沙剖面仪1台:38.0万元

2. 含沙量测量仪1台:19.8万元

3. 有机玻璃定深采水器1台:0.8万元

4. 图形工作站2台:8.2万元

小计:66.8万元

(二)2018年采购计划

    1. 高性能计算机2台:共4.8万元

2. 服务器1台:7.0万元

3. ANSIS FLUENT软件:83.00万元

4. 定时定位土壤水分速测仪:1.2万元  

5. 物联网环境监测高通量监测仪:9.6万元

6. 土壤墒情在线监测系统:2.2万元

    小计:107.8万元

(三)2020年采购计划

1. HYDRUS软件:19.8万元

2. 水质分析仪:12.20万元

3. 浊度仪:8.50万元

    4. 冰雪情监测系统:24.5万元

小计:65.0万元

  合计金额:239.6万元


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