有限体积法与LBM分区耦合模拟方腔自然对流

在已有的密度分布函数重构算子的基础上,推导出了温度分布函数的重构算子,解决了格子Boltzmann方法(LBM)与有限体积法耦合计算传热问题的关键难题.选二维方腔自然对流对耦合方法进行了考核.在瑞利数Ra=103~106范围内,耦合结果同商业软件FLUENT结果符合得很好,并且各物理量在耦合界面处连续且光滑过渡.通过残差曲线可以看出,耦合模型在密网格以及大瑞利数情况下,数值稳定性要好于单一LBM.     

基于现象的复杂系统建模方法

提出了基于现象的复杂系统建模方法,给出了不同尺度间的耦合方案.将单体管式固体氧化物燃料电池(SOFC)划分成流动现象、传热现象以及反应扩散现象.对流动、传热现象采用CFD模型,对反应扩散现象采用格子波尔兹曼(LBM)模型.并且采用全局型的数据库对流动、传热以及反应扩散现象进行耦合.     

权重为区间数的语言多属性群决策方法

利用不确定语言评估标度的运算法则,给出基于语言评估标度及其运算法则的算子,提出一种基于区间权重语言集结(IWLA)算子和不确定语言混合区间权重集结(ULHIWA)算子的语言多属性群决策方法,并用实例验证该方法的可行性及合理性.实例分析表明,该方法计算简便,能够充分利用已有的决策信息,而且能够充分考虑决策者自身的重要性,并且可以消除个别决策者主观因素的影响,保证了决策结果的合理性.     

Si中30°部分位错弯结-重构缺陷运动特性的分子模拟

通过基于EDIP(Environment-Dependent Interatomic Potential)势函数的分子动力学模拟,得到了左弯结-重构缺陷(LC)和右弯结-重构缺陷(RC)在1个周期内通过稳定状态之间的相互转化来实现运动的具体过程,同时给出了LC和RC在不同温度和剪应力作用下的运动速度曲线.通过NEB(Nudged Elastic Band)方法结合紧束缚势函数,计算出了LC和RC在1个周期内的迁移势垒,验证了分子动力学结果的正确性.计算结果表明,含有重构缺陷(RD)的LC和RC相对于左弯结和右弯结具有较快的运动速度,验证了之前得出的RD对30°部分位错的运动具有加速作用的结论,并且通过对弯结运动过程中微观结构的分析,从微观尺度上对这一结论进行了解释.     

基于CUDA的晶格Boltzmann并行算法的综合优化设计

本文在CUDA框架下设计与实现基于GPU的晶格Boltzmann方法(LBM)的并行算法.为进一步提高计算效率,本文分别研究几种典型的优化策略对计算效率的影响,并给出了一种集多优化策略为一体的综合优化解决方案.以圆管内Poiseuille流为算例的实验表明,采用新综合优化方案设计的LBM并行算法能够获得更高的计算效率.     

基于混合重构高阶间断伽辽金方法的二维层流和湍流数值模拟

为了提高间断伽辽金方法的计算效率, 解决 least-squares 重构方法无法满足 2-exact 的缺陷, 发展了基于 recovery 重构和 least-squares 重构相结合的三阶混合重构方法, 用于求解可压缩层流和湍流流动. 将 Navier-Stokes 方程和修正的一方程 Negative Spalart-Allmaras 模型方程耦合成为系统方程, 采用三阶重构间断伽辽金方法进行求解. 时间推进采用基于半解析精确 Jacobian 矩阵的上-下对称高斯赛德尔 格式(lower-upper symmetric Gauss-Seidel scheme, LU-SGS)预处理广义极小剩余(generalized minimal residual, GMRES)方法和四阶隐式 Runge-Kutta 方法; 空间对流项离散采用 Haten-Lax-van Leer 接触(Haten-Lax-van Leer contact, HLLC) 格式; 黏性项离散采用第二Bassi-Rebay (second Bassi-Rebay, BR2)格式, 并对 BR2 局部和全局提升算子开展三阶重构, 达到提高计算精度的目的. 通过典型算例验证了发展 rDGP₁P₂方法的准确性和计算效率. 研究结果表明: 重构的 rDGP₁P₂方法不仅具有较高的计算精度, 而且还具有较高的计算效率.     

基于LBM的多巷道任意角度耦合的突水漫延仿真

为指导矿山突水时井下工作人员逃生,减少灾后损失.基于LBM(Lattice Boltzmann Method)对井下突水漫延趋势进行了数值仿真,提出了一种多巷道任意角度耦合突水漫延模型.首先对单个巷道中水害漫延趋势进行了模拟仿真,给出了多巷道任意角度耦合突水漫延模型的实现过程,该模型通过对多个巷道进行分块和独立划分网格,然后在各块分界处进行耦合,以适应井下复杂巷道网络水害漫延情况.通过在VC平台上进行模拟实现,结果表明,所提出的耦合模型可在较少的计算资源条件下对多个虚拟耦合巷道各点的速度进行直观显示,并可反映突水漫延的趋势,为科学规划煤矿井下水害避灾路线提供了依据.     

来自多尺度分析的R iesz基

不采用正交化方法,给出了来自多尺度分析的R iesz小波基的具体形式以及小波基母函数ψ(x)与尺度函数φ(x)的关系.建立了基于这种R iesz基的分解与重构算法.     

基于无抽取Haar算法的实时卡尔曼滤波方法

针对基于分段方式的多尺度卡尔曼滤波其计算量大、延时长的问题,提出基于无抽取Haar算法的实时卡尔曼滤波方法,该方法采用简单的加减、移位运算在t时刻完成多尺度变换,然后在各个尺度进行小波阈值去噪和卡尔曼滤波;为了验证该方法的有效性,在自主改装的智能车上对低精度加速度传感器进行实验.研究结果表明:通过小波重构完成信号处理,提高了算法实时性,并且有效减少重复运算;实时卡尔曼滤波方法有效提高了传感器的性能,在不能准确估计状态转移误差情况下,该方法的去噪性能优于单独的卡尔曼滤波去噪性能.     

圆柱绕流的LBM模拟

Lattice Boltzmann Method(LBM)是一种近年来发展的一种数值方法。它具有并行效率高,边界处理简单的特点。本文采用一种能对曲线边界进行较好处理的方法,用LBM对Re=100圆柱绕流进行了计算,计算结果和经典结果一致。进一步,对柱群间复杂流场做了模拟,结果表明,此方法在处理复杂边界是有效的,并且具有较好的并行效率。     

纳米流体流动与传热过程的LBM并行计算

建立了描述纳米流体流动与传热过程的格子-Boltzmann模型,针对格子-Boltzmann方法（LBM）高度并行性的特点,用消息传递机制实现了平板间纳米流体流动与传热过程的LBM并行计算,分析了处理器数目与区域分解模式对计算效率的影响。结果表明,纳米粒子的微运动强化了流体与壁面以及流体内部的换热过程,LBM并行计算方法应用于纳米流体流动传热计算能够提高计算效率。     

液滴撞击液膜喷溅过程的LBM模拟

气液两相流动现象广泛存在于自然界和工程应用中,而液滴撞击液膜后产生喷溅的过程则是这一类问题的典型代表.采用格子Boltzmann方法（LBM）对上述过程进行了数值模拟.采用基于“单相”（single-phase）模型的LB两相流方法计算得到了3组Reynolds数（Re）和Weber数（We）组合下液滴撞击液膜后所产生的3种效应.结果表明,随着We数和Re数的不断增大,液滴撞击液膜后将产生铺展、喷溅以及喷溅并伴有小液滴脱落等不同现象,计算所得的结果与实验及理论分析的结果相吻合,表明了LBM研究气液两相流动问题的可行性.     

基于格子波尔兹曼的机器人视觉特征点检测

针对Harris特征点检测算法中图像存在角点信息丢失的问题,提出基于格子波尔兹曼结合Harris算法的机器人视觉特征点检测方法。格子波尔兹曼具有并行操作的优点,可以保证机器人导航的实时性。通过格子波尔兹曼方法对图像进行预处理,然后使用Harris算法,实现特征点的有效检测。实验结果表明,该方法更加准确的选择特征点,减少特征点数目的同时,提升了特征点的质量,完成了特征相对不明显的点的检测。     

一种适用于小视野的快速精确重建算法

分析了反投影滤波(BPF)精确重建算法在重建小视野图像重建中存在的速度缓慢问题,提出一种适用于小视野的快速精确重建算法.该算法通过多尺度采样概念重新定义PI平面数据,利用两次不同尺度PI平面数据的插值获得最终结果,避免了原始算法在PI平面的无用计算.实验结果表明,该算法能够在保证重建图像质量的前提下,大大降低PI平面的计算量,从而提高BPF精确重建算法的重建速度,有效地解决了精确重建算法在小视野重建中的无用计算问题,为精确重建算法应用于实际提供了条件.     

A reconstruction method of porous media integrating soft data with hard data

The three-dimensional reconstruction of porous media is of great significance to the research of mechanisms of fluid flow. The real three-dimensional structural data of porous media are helpful to describe the irregular topologic structures in porous media. The reconstruction of porous media will be inaccurate while only hard data or no conditional data are available. Reconstructed results can be more accurate, using soft data during reconstruction. Integrating soft data with hard data, a method based on multiple-point geostatistics （MPS） is proposed to reconstruct three-dimensional structures of porous media. The variogram curves and permeability, computed by lattice Boltzmann method （LBM）, of the reconstructed images and the target image obtained from real volume data were compared, showing that the structural characteristics of reconstructed porous media using both soft data and hard data as conditional data are most similar to those of real volume data.     

足球正脚背射门动作的三维姿态重构方法研究

足球正脚背射门动作实时变化,不同时刻目标二维图像存在很大差异,当前三维姿态重构方法可得到的动作信息非常有限且具有姿态敏感性,导致重构结果不可靠、连续性不高。为此,提出一种新的足球正脚背射门动作的三维姿态重构方法,依据足球正脚背射门动作图像中所有像素的平均梯度平方矩阵获取Harris算子,通过Harris算子对足球正脚背射门动作特征进行提取。通过矩阵因式分解方法从观测矩阵中分解出三维姿态位置矩阵,实现足球正脚背射门动作三维姿态重构。实验结果表明,所提方法具有很高的重构精度,且连续性较高。     

明渠水流-水质模型的格子Boltzmann方法

建立了一个明渠水流-水质的格子Boltzmann模型(LBM),经过Chapman-Enskog展开可以得出守恒形式的二维明渠浅水动力学方程组和对流扩散方程。对于浓度场,针对各向异性的紊动扩散系数提出改进的简化LBM模型,即松弛时间在纵向和横向不一致以及平衡分布函数不含流速的二阶项,更符合宏观方程。数值模拟了污染物的非对称扩散稳态和对流扩散输送的二维稳态问题,并与理论解进行了对比,相对误差在3%以下。对于二维恒定流下事故瞬时排放污染物的动态扩散输送问题,结果较好的反映了下游取水口处浓度增值随时间变化的高斯分布,和一阶迎风有限体积通量向量分裂法(FVS)的计算结果对比相对误差不大于1.8%。本模型具有很好的并行计算性能,在环境污染模拟与预测的数值计算领域有着广阔的发展前景。     

基于改进的匹配算法的岩石样本图像三维重建

为了提高岩石样本图像三维重建的准确率和重建效率,提出了基于改进的匹配算法的三维重建方法。该方法采用“回”字型分块思想,有效地提高了ORB算法中BRIEF特征描述符的学习效率,从而改善了ORB算法的匹配效果;再利用向量场一致（VFC）算法对改进的ORB算子所得的匹配对进行误匹配剔除。实验结果表明,该方法不仅能够保证岩石样本图像三维重建的精度,而且在速度上也具有较大提升。     

MRT-LBM三重网格局部加密算法研究

应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时，可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区，相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续，不同区域的分布函数通过过渡区边界点进行传递，运算程序采用碰撞-迁移算法，给出了数据的初始化过程和加密的网格结构.通过对含非对称放置的粒子Couette流动，分别采用标准Boltzmann、全场加密、局部二重加密和三重加密的4种网格进行计算.数值计算结果表明，三重网格加密算法减少了计算结果的波动.对方腔流顶盖下方左右奇异角落处应用三重局部网格加密，结果显示，对雷诺数1 000的方腔流动，沿腔中心线的速度分布与经典文献结果对比效果良好，压力轮廓图的噪声明显降低，应力振荡明显减少.模拟结果证实了所建立的局部加密方法的有效性.