流體流動的格子Boltzmann模擬及實時可視化.pdf

1、論文探討復雜系統(tǒng)的計算機模擬與可視化。研究工作側重于復雜流動與復雜地形兩個領域。 流體與人類社會密切相關。論文對流體的研究包括流體流動的計算模擬和計算結果的可視化。格子Boltzmann方法(LB方法)是一類新型的借助于簡單的微觀模型來模擬輸運現(xiàn)象的宏觀行為的介觀方法。這類方法因其簡易性、局部性和良好的并行性已成為模擬復雜流體流動現(xiàn)象的有力工具。論文基于數(shù)學演化思想，對流體流動的LB方法及其模擬結果的實時可視化，在理論、算法、實

2、現(xiàn)及應用上作了較為深入、系統(tǒng)的研究。 討論了LB方法的一些研究結果，包括無壓縮效應的不可壓LB模型和關于Boussinesq流的結構簡單、靈活的熱LB模型以及邊界處理方案。利用所提出的方法對頂蓋驅動空腔流進行了模擬，Reynolds數(shù)達到；對由內(nèi)熱引起的方腔內(nèi)的自然對流進行了模擬，Rayleigh數(shù)達到。數(shù)值模擬的效果令人滿意。 提出了一種求解不可壓Navier-Stokes方程的統(tǒng)一的格子BGK (ILBGK)模型。為

3、驗證這一模型的有效性，使用大小為的均勻網(wǎng)格，對Reynolds數(shù)和展寬比的三維空腔流進行了詳細模擬。模擬結果與先前的實驗和數(shù)值計算結果相一致，表明所提出的LBGK模型的有效性和較好的數(shù)值穩(wěn)定性。 提出了一種統(tǒng)一的用于求解Boussinesq不可壓流體的熱格子BGK模型。在這一模型中，速度和溫度場由在整個系統(tǒng)中相耦合的二個獨立的LBGK方程求解。對具有不同加熱垂直壁的封閉長方體區(qū)域的三維自然對流，在Rayleigh數(shù)為 ~ ，Pr

4、andtl數(shù)為和時的流場進行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬取得了預期的結果。 針對LB方法局部演化計算的特點，設計了一種具有實時顯示計算結果的可視化軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)支持在LB方法演化計算過程中各種標量和矢量場計算結果的實時顯示、一些關鍵點計算結果的跟蹤顯示、實時交互修改計算參數(shù)、計算結果的保存和連續(xù)的動畫回放以及支持二維和三維計算結果的顯示等功能。這一系統(tǒng)為LB方法的理論研究和實際應用提供了方便和高效的研究平臺，在流場計算和可視化軟件設計思

5、想上有獨創(chuàng)性。 數(shù)字地球是可視化技術的另一重要研究領域，其應用日益廣泛。地形信息的數(shù)字化是構建數(shù)字地球的基礎性工作，論文對多山地區(qū)、復雜地形的掃描等高線的矢量化這一難題在算法、軟件設計及應用上進行了一系列研究。 對復雜掃描地形圖上等高線的自動識別與矢量化技術，提出了一系列快速算法，在此基礎上給出了基于所識別矢量線的通過等高線中心點的精確細化算法；提出了非等高線要素的自動清除、斷線矢量自動連接、等高線自動插值及數(shù)字要素識別