Дипломная работа - Моделирование потоков вязких жидкостей с использованием систем клеточных автоматов - файл n1.docx

Дипломная работа - Моделирование потоков вязких жидкостей с использованием систем клеточных автоматов
скачать (1489.4 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx1490kb.13.10.2012 20:28скачать

n1.docx

  1   2   3   4   5   6   7
Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ивановский государственный химико-технологический университет
Кафедра информационных технологий

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОЙ РАБОТЕ
по специальности 230201

«Информационные системы и технологии»

Тема Моделирование потоков вязких жидкостей с использованием систем клеточных автоматов



Студент Чернявская А.С.
Курс 5 Группа 42
Руководитель Бобков С.П.
Консультант ___________________
Консультант ___________________
Зав. кафедрой Бобков С.П.


Иваново 2011

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ивановский государственный химико-технологический университет

Кафедра информационных технологий

УТВЕРЖДАЮ

Бобков С.П.___________

" " _____________ г.

Задание

на дипломный проект (работу)

студенту Чернявской Анастасии Сергеевне

Ф.И.О. полностью

1.Тема

Моделирование потоков вязких жидкостей с использованием систем клеточных автоматов







2.Исходные данные

Материалы англоязычных источников по моделированию гидродинамических процессов







3.Содержание проекта (работы)

Формирование требований, проведение научно-исследовательских работ, техническое задание, технический проект, программный продукт, экспериментальная часть





4. Вопросы для специальной разработки







5. Руководитель работы проф. Бобков С.П.

должность, Ф.И.О.

6. Консультанты:



7. Дата выдачи задания

8. Дата предоставления законченной работы_______________________________________

9. Руководитель________________________________________________________________

Ф.И.О.,подпись

10. Студент___________________________________________________________________

Ф.И.О.,подпись

РЕФЕРАТ
Пояснительная записка 63 с., 30 рис., 3 табл., 11 источников, 3 прил.
Перечень ключевых слов: МОДЕЛИРОВАНИЕ, ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОТОК, КЛЕТОЧНЫЕ АВТОМАТЫ, РЕШЕТЧАТЫЙ ГАЗ, LATTICE BOLTZMANN, ВИЗУАЛИЗАЦИЯ
Целью работы является изучение подходов к моделированию турбулентных потоков, а также создание программного приложения, с помощью позволяющего смоделировать и визуализировать движение сплошной среды в двухмерном пространстве.

Работа включает научно-исследовательскую часть, заключающуюся в изучении различных подходов к моделированию движения сплошной среды и выбора методики, которая будет применена в данной работе. Также работа содержит техническое задание на разработку приложения, технический проект и рабочую документацию. В работе приведены результаты имитационного моделирования жидкости при помощи созданного приложения. Также имеются введение и заключение.


СОДЕРЖАНИЕ



ВВЕДЕНИЕ 8

1ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ 9

1.1Роль гидродинамических процессов в современной технике и технологиях 9

1.2Необходимость использования компьютерных методов при моделировании гидродинамических процессов 10

2РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ 12

2.1Классические континуальные модели и представления 12

2.2Обзор дискретных моделей решетчатых газов (LGCA) 14

2.2.1Модель HPP 14

2.2.2Модель FHP 16

2.3Сравнительный анализ классического и дискретного подходов 18

2.4Уравнение Больцмана и распределение Максвелла 19

2.5Модель решетчатого газа Больцмана (LBM) 21

2.6Задание граничных условий для LBM 24

2.6.1«Тормозящие» граничные условия 25

2.6.2«Нетормозящие» граничные условия 26

2.7Соответствие реальных величин параметрам модели 26

3ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 30

3.1Назначение системы 30

3.2Цели создания системы 30

3.3Требования к системе 31

3.3.1Требования к системе в целом 31

3.3.2Требования к функциям, выполняемым системой 31

3.3.3Требования к видам обеспечения 32

4ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ 34

4.1Общесистемные решения 34

4.1.1Схема функциональной структуры 34

4.1.2Описание автоматизируемых функций 34

4.1.3Программа и методика испытаний 37

4.2Решения по программному обеспечению 39

4.2.1Структура программного обеспечения 39

4.2.2Методы и средства разработки программного обеспечения 42

4.3Решения по математическому обеспечению 42

4.3.1Алгоритм работы клеточного автомата 42

4.3.2Расчет модуля и угла скорости 45

4.3.3Алгоритм перевода из HSV в RGB 45

5РАБОЧАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ 47

5.1Подготовка к работе 47

5.2Описание операций 47

5.2.1Установка параметров 47

5.2.2Задание формы потока 51

5.2.3Моделирование 53

5.3Аварийные ситуации 55

6ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 56

6.1Моделирование потока без препятствий при различных параметрах жидкости 56

6.2Моделирование различных видов препятствий 59

ПРИЛОЖЕНИЕ А 64

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 65

ПРИЛОЖЕНИЕ В 66


ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем отчете применяют следующие термины с соответствующими определениями:

ГИДРОДИНАМИКА — раздел физики сплошных сред, изучающий движение идеальных и реальных жидкости и газа.

ЛАМИНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ — течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления).

ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ — явление, заключающееся в том, что при увеличении скорости течения жидкости или газа в среде самопроизвольно образуются многочисленные нелинейные фрактальные волны и обычные, линейные различных размеров, без наличия внешних, случайных, возмущающих среду сил и/или при их присутствии.

КЛЕТОЧНЫЙ АВТОМАТ — набор клеток, образующих некоторую периодическую решетку с заданными правилами перехода, определяющими состояние клетки в следующий момент времени через состояние клеток, находящимися от нее на расстоянии не больше некоторого, в текущий момент времени.


ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
КА – клеточный автомат

LGCA – клеточный автомат по модели решетчатого газа (Lattice Gas Cellular Automata)

HPP – частный случай модели LGCA, предложенный Харди, Пацисом и Помо (Hardy, de Pazzis, Pomeau) в 1973 году

FHP - частный случай модели LGCA, предложенный Фришем, Хасслаэром и Помо (Frisch, Hasslacher, Pomeau) в 1986 году

BGK – оператор столкновений, предложенный Бхатнагаром, Гроссом и Круком (Bhatnagar, Gross, Croock)

HSV – (англ. Hue, Saturation, Value — тон, насыщенность, значение) – цветовая модель, в которой координатами цвета являются цветовой тон, насыщенность и яркость.

ВВЕДЕНИЕ



Моделирование движения жидкостей и газов является очень важной прикладной задачей при исследовании процессов в промышленных аппаратах. Эта задача относится к механике сплошных сред и привлекает пристальной внимание исследователей.

Существует множество теорий, описывающих движение сплошной среды. К ним относятся представления классической гидродинамики, статистической физики, различные эмпирические теории.

Увидеть реальную картину протекания жидкости и образования в ней турбулентных вихрей позволяет только физический эксперимент, заключающийся в подкрашивании жидкости.

Однако, с развитием вычислительной техники, получила свое развитие новая методика, способная заменить реальный эксперимент компьютерным моделированием.

В основе такого моделирование лежит концепция клеточных автоматов. На ее основе было создано несколько различных подходов к моделированию жидкости. Однако наиболее современным подходом является моделирование, основанное на объединении концепции клеточных автоматов и статистической физики, в частности, с моделью решетчатого газа Больцмана.

Целью данной работы является краткий сравнительный анализ существующих подходов к моделированию течения вязкой жидкости, подробное изучение метода решетчатого газа Больцмана и создание на его основе программного приложения, позволяющего осуществлять расчет движения вязкой жидкости и производить визуализацию результата.

  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации