基于涡丝模型的烟雾仿真研究

烟雾仿真是近年来计算机图形学应用的热点研究方向,传统的烟雾仿真方法大致有:基于粒子系统的方法,基于网格的欧拉法,基于无网格的拉格朗日方法以及两者的混合。本文为逼真的仿真烟雾使用了基于涡丝和涡环的方法,相比于传统的使用基于网格的欧拉法和无网格的拉格朗日方法,本文的方法将流场描述为不断生成、运动、缠绕的涡丝和涡环。通过谐波分析建立涡丝模型避免了在涡丝伸展过程中出现采样不足的情况,从涡旋场到速度场的转换通过毕奥萨伐尔定律完成,通过实验该方法在仿真轻薄烟雾时效果较好,同时可以达到对烟雾较好的控制,烟雾渲染的速度较快,时间稳定性好。     

基于格子Boltzmann方法的地铁站内火灾仿真

引入格子Boltzmann方法,构建以半拉格朗日方法求解的烟流扩散理论,真实重现烟流温度演化过程。采用C++语言,实现该理论方法。在此基础上,建立二维数值模型并仿真;将其与实验数据进行对比。研究结果表明:该方法能较好地重现地铁站内火灾烟流的扩散过程,关键节点的变化趋势与实验结果一致,距离火源越近仿真结果与实验结果吻合程度越高。     

基于格子Boltzmann方法的液力变矩器导轮流场仿真

研究了基于格子Boltzmann方法(LBM)的液力变矩器导轮内流场数值计算理论与方法.首先,提出了LBM中处理旋转周期性边界条件的方法.然后,分析了LBM中各项参数对于计算稳定性以及计算效率之间的影响.为了保证粒子迁移与碰撞计算的稳定进行,必须合理选定弛豫时间τ,从而避免在计算过程中平衡态分布函数feq出现负值的情形.此外,在LBM中运用大涡模拟(LES)可以降低计算稳定性对于弛豫时间τ选取的限制,在一定程度上提高计算效率.最后,在开源代码Palabos的基础上进行功能拓展,实现导轮内流场的仿真计算,得到了导轮尾迹区域瞬时非定常流动分布特征.结果表明,LBM与传统计算流体力学(CFD)方法相比,液流对导轮作用力的计算结果在数值上较为接近.然而,使用LBM可以获得详细流场形成过程的时间历程以及局部复杂的流动细节.     

基于粒子系统的实时烟雾仿真

 通过对烟雾力场的分析研究,将局部力场和动态力场相结合,用四边形面片代替粒子,采用与纹理结合的方法,让粒子以一定的角速度自转,模拟了烟雾的漩涡、烟雾与障碍物碰撞等场景。实验表明,该方法达到实时性要求,帧率不低于28。     

基于格子气自动机的疏散仿真

在任何人为或自然造成的突发事件中,将人员疏散到安全的地方是首要的任务。在传统的格子气自动机的基础上提出一种新的模型,可以仿真人员密集场所中人员同时涌向出口时的群体行为。在这个模型中,人员被本能和他们所获得的信息来驱动,并在模型中加入了人员的心理因素、速度等级、出口等级,从而更好地模拟事故现场,达到最优的疏散效果。     

高雷诺数湍流的熵格子玻尔兹曼方法大涡模拟计算

为了开发基于熵格子玻尔兹曼方法的通用计算流体动力学求解器,建立了熵格子玻尔兹曼方法的大涡模拟标准Smagorinsky亚格子尺度湍流模型的计算模型,探究了其进行高雷诺数湍流模拟的有效性,并且尝试展开了基于熵格子玻尔兹曼方法大涡模拟亚格子尺度模型的近壁面研究.得到结论:熵格子玻尔兹曼方法的大涡模拟能够有效进行高雷诺数湍流的数值模拟计算;近壁面处理的Catalano方法对壁面处流场速度的计算结果优于Van Driest方法,而Van Driest方法的优越性表现为模拟计算方法的一致性.     

改进的格子涡方法及其在混合层模拟中的应用

在格子涡方法中 ,用网格节点处的流场速度通过插值确定离散涡元速度时 ,往往会导致很大误差 ,为此 ,给出了一种改进的格子涡方法。在该方法中 ,每个时间步开始时 ,离散涡元被置于网格节点上 ,它们以网格节点处的流场速度运动 ,而在该时间步结束时 ,将偏离网格节点位置的离散涡元用涡量再分配的方法重新置于网格节点上 ,这样离散涡元总是以网格节点处的流场速度运动 ,避免了插值及其所导致的误差。对混合层流动的模拟结果表明对格子涡方法的改进是成功的。     

基于格子Boltzmann方法的液力

研究了基于格子Boltzmann方法(LBM)的液力变矩器导轮内流场数值计算理论与方法.首先,提出了LBM中处理旋转周期性边界条件的方法.然后,分析了LBM中各项参数对于计算稳定性以及计算效率之间的影响.为了保证粒子迁移与碰撞计算的稳定进行,必须合理选定弛豫时间τ,从而避免在计算过程中平衡态分布函数feq出现负值的情形.此外,在LBM中运用大涡模拟(LES)可以降低计算稳定性对于弛豫时间τ选取的限制,在一定程度上提高计算效率.最后,在开源代码Palabos的基础上进行功能拓展,实现导轮内流场的仿真计算,得到了导轮尾迹区域瞬时非定常流动分布特征.结果表明,LBM与传统计算流体力学(CFD)方法相比,液流对导轮作用力的计算结果在数值上较为接近.然而,使用LBM可以获得详细流场形成过程的时间历程以及局部复杂的流动细节.     

基于格子Boltzmann方程的大涡模拟对湍流时空关联性的研究

将格子Boltzmann方程和大涡模拟(LBE-LES)相结合,提出适应于格子Boltzmann方法(LBM)的涡黏性亚格子尺度模型,开展均匀各向同性湍流时空关联性的研究.采用D3Q19格式计算湍流的三维能谱、湍动能耗散率和其它高阶统计量,与实验和直接数值模拟结果的比较表明,该模型比传统涡黏模型有明显改进.考察了不同亚格子模型预测湍流频率波数能量谱的能力,结果表明,尺度涡产生的横扫作用是造成小尺度涡时间去关联的主要因素,不同波数的频率能量谱之间有一定的相似性,横扫速度是描述湍流频率波数能量谱的特征量.     

基于同态滤波的图像去烟雾方法研究

在火箭/导弹发射时,地面试验图像受烟雾干扰严重,在地面试验图像预处理中,烟雾去除研究非常重要。本文首先从频域滤波法进行了探讨,提出了一种新的同态滤波方法。最后采用五种不同的客观评价方法对处理后的图像进行评价。实验结果表明,本文所提出的方法去烟雾更有效。     

基于层次格子坐标系的图像识别方法

介绍一种利用层次格子坐标系记录图像区域信息,通过逐层融合图像区域,获得不同清晰度的图像区域信息,从而对图像进行识别的方法.该方法能快速将图像分层矢量化,降低了图像识别的难度.     

基于格子玻尔兹曼方法的可激发系统物理性质研究

基于格子玻尔兹曼方法的D2Q9模型,研究可激发系统的能量和熵.数值计算结果表明:相同系统参数下,不同稳定波态系统的平均能量值接近,但熵值不同;在螺旋波失稳进入混沌态过程中,系统内能急剧减少,熵值增加;系统能量不足是螺旋波失稳的主要原因.     

基于格子Boltzmann方法的固定方柱绕流研究

研究了格子Boltzmann方法的基本原理和边界条件处理方法,并利用该方法对不同雷诺数下固定单方柱绕流流场进行分析,探究了方柱产生卡门涡街的临界雷诺数和范围,验证了格子Boltzmann方法边界处理和数值模拟的正确性和便捷性.对雷诺数为200时并列双方柱不同分布间距的流场进行了模拟,结果表明,当柱间距为2倍方柱边长时,流体绕流方柱的涡流彼此影响最为明显.     

烟雾、煤气(瓦斯)报警器

由浙江省高校乔司科农工贸实业公司开发研制的烟雾、煤气(瓦斯)报警器最近通过省高校新产品研究所的鉴定。该产品无论从设计外观到成本都突破了常规,如它的     

基于图形处理器的格子Boltzmann方法计算

由于图形处理器(GPU)最近几年迅速发展,基于GPU的计算作为一个新的研究方向已经引起越来越多人的关注.在综述国内外最新文献的基础上,从介绍GPU的高性能开始,分析GPU本身的特性,介绍GPU的计算模型并分析其流水线结构,阐述如何对GPU进行编程,并初步实现基于GPU的格子Boltzmann方法（LBM）计算.     

基于格子Boltzmann方法的热毛细对流数值模拟研究

为研究Prandtl(Pr)数和纵横比(Ar)对侧壁差异加热的矩形液池内热毛细对流的影响,利用基于双密度分布函数的格子玻尔兹曼(Boltzmann)方法进行二维数值模拟。引入速度偏离率和偏差温度,分别衡量速度的波动和热毛细对流对温度场的影响。结果表明:热毛细对流随着Pr(0.1~100)的减小或Ar(0.2~2)的增大而增强;当热毛细对流较强时速度的波动也增强了,同时能量在冷壁端部积聚;当其它参数恒定而Pr在10~100范围内变化时,温度场几乎不变;当Ar≥1时,Ar对自由表面的速度和温度分布影响很小。     

基于格子Boltzmann方法研究扩散作用对螺旋波的影响

基于格子玻尔兹曼方法的D2Q9模型,研究激发系统中扩散作用对螺旋波演化行为的影响.数值计算结果显示：保持系统其它参数不变,改变快变量的扩散系数Dy,系统中的螺旋波由圆形向方形转变且波臂变粗,系统能量随Dy的增大而逐渐减少,但总量仍然足以维持系统螺旋波稳定;保持系统其它参数不变,改变慢变量的扩散系数Dx,系统中可以演化出稳定螺旋波、小螺旋波和混沌态3种斑图,系统能量随Dx的增大急剧减少;当Dx＝0.24时,可观察到系统中长臂螺旋波排斥短臂螺旋波现象,Dx增大到一定值时,系统将由激发系统向振荡系统转变.     

基于仿真组件模型(SCM)的航空电子组件仿真模型研究

在飞机维修仿真中,针对航空电子组件仿真模型不统一、重用性差的问题,提出基于SCM(simulation component model)的规范化建模方法建立组件模型。采用SCM规范定义模型框架后,依据航空电子组件在维修过程中的特性和功能,将组件的输入信号归纳为开关量输入、功能信号输入、故障信号输入和拆装信号输入四类,输出信号定义为功能信号输出和驱动信号输出两类,然后进一步界定了模型输入信号、控制信号和输出信号之间的运算规则,以满足组件操作、测试、拆装、排故等维修行为。最后,以飞行增稳计算机组件为例,在自制的飞机维护训练器上实现其模型化表达,仿真结果表明该方法可行。     

用格子Boltzmann大涡模拟方法计算电磁力作用下的翼型绕流

利用格子Boltzmann大涡模拟(LBM-LES)方法,对较大雷诺数Re =2.4×105下翼型绕流的电磁控制进行数值研究.结果表明,LBM-LES方法计算过程简单,容易并行,适合处理该问题.     

基于视频流的林火烟雾运动目标检测方法的研究

运动目标检测是实现视频图像分类与识别的前提.烟雾是森林火灾发生早期的显著特点和视觉现象,通过对林火烟雾图像的特征分析,研究了几种常用的运动目标检测方法,即帧间差分法、背景估计法等,分析了其实现过程,对比了它们的优缺点,并寻求最佳的视频林火烟雾运动目标检测方法.实验结果表明:改进的背景估计法结合色彩判断准则的方法不仅具有更好的烟雾捕捉能力,而且抗干扰能力强,将大大减轻后续图像识别的压力.