一种实时模拟烟雾的新方法

烟雾具有高细节、快速变化和湍流的特点,而传统的烟雾模拟方法都是通过提高网格精度的方法表现烟雾细节,耗费了大量的计算时间。本文提出了一种全新的粒子系统与物理模型相结合的方法,在不影响实时性的前提下生成了逼真的烟雾细节。首先用低精度粒子系统描述烟雾的大致运动轨迹,然后将三维空间中的烟雾粒子投射到平行于视平面的一系列二维平面上,利用二维平面上MacCormack方法求解欧拉方程对流项的快速性,实时地再现了高精度烟雾细节。实验证明,该方法在视觉真实感和实时性方面都取得了令人满意的结果。     

离散涡丝方法模拟矩形射流场的研究

采用三维离散涡方法对不可压矩形射流场进行了数值模拟，结果发现与圆射流不同的是，即使在不加扰动的情况下，封闭涡丝也极不稳定，不再呈现矩形，而是波浪形，并有流向涡产生。矩形涡丝失稳和演变的程度都比圆形涡环的情形更快，本结果对于矩形射流的利用具有指导意义。     

基于复杂环境的烟雾扩散模拟方法

针对烟雾建模方法无法应用于复杂环境的现状,提出一种在复杂环境中实时模拟烟雾扩散的方法,即对于在烟雾建模阶段采用基于粒子系统建模方法的情况,在烟雾可视化阶段利用Java3D独有的碰撞检测功能,对烟雾与障碍物进行碰撞检测和处理,解决了烟雾建模方法无法应用于复杂环境的问题.实验证明,该方法可与基于粒子系统的烟雾建模方法结合使用,实时表现烟雾在复杂场景中的扩散现象.与不规则物体建模方法相结合,可以近似模拟这些物体在复杂环境中的扩散现象.     

两种SPH算法在模拟不可压缩流中的比较

基于二维腔剪切流模型,对弱可压缩光滑粒子流体动力学（WCSPH）和不可压缩光滑粒子流体动力学（ISPH）两种SPH算法进行了对比分析。分别使用了排斥力方法与静态粒子法来设置边界。结果显示：ISPH算法在计算速度场和压力场时,计算精度均较WCSPH算法高;时间步长不像WCSPH算法受声速的限制,计算效率更高。     

冲击射流二次生成涡的大涡模拟研究

为揭示冲击射流大涡拟序结构的变化规律，研究了冲击射流壁面二次生成涡卷起及与壁面分离的演化特性.采用Smagorinsky提出的亚网格尺度模型，得出了壁面二次生成涡结构变化与冲击高度、雷诺数和喷嘴宽度的关系.数值模拟结果表明，雷诺数对壁面二次生成涡的卷起位置影响较小，但是壁面二次生成涡与壁面的分离位置却有随雷诺数增大而外移的趋势.随着冲击高度的增加，二次生成涡卷起及与壁面分离位置距离滞止点的位移也相应的增加.当冲击高度与喷嘴宽度的比值取值相同时，喷嘴宽度的大小对壁面二次生成涡的演变特性基本上没有影响.     

排沙漏斗流场的大涡模拟

排沙漏斗是一种截沙率高、冲沙耗水量小的新型的泥沙处理设施.为了得到全面详细的排沙漏斗流场结构信息,进一步探明排沙漏斗的排沙机理,采用大涡模拟和VOF方法,对排沙漏斗内水气两相流进行了3维数值模拟.计算的水流流速分布与用激光多普勒测速仪(LDA)所测得的试验结果基本一致.根据模拟结果对排沙漏斗内水流流速分布提出了一些新的认识.计算结果显示了排沙漏斗中二次流的特征,分析指出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键.     

三维水翼梢涡气核运动特性的数值模拟

针对三维水翼梢涡处流场和气核运动特性的问题,采用LES湍流模型和DEM模型进行数值分析.对有攻角水翼梢部进行网格加密,成功捕捉到梢涡结构,在这个基础上添加DEM模型构建的气核,研究气核在梢涡影响下的运动规律.数值结果表明:该方法很好地模拟了带导流罩水翼梢涡形成与发展的过程,得出了直径为100μm的气核在梢涡影响下的迁移...     

混流式水轮机偏工况运行的大涡模拟方法验证

为更准确地预测混流式水轮机在偏离最优工况时的内部流动特性和外特性,采用大涡模拟方法(LES)对其进行数值研究,针对LES方法,对比单相流计算和空化模型计算的结果.结果表明:基于空化模型的LES预测混流式水轮机内部流场比单相LES更为精确,偏工况下,多相流LES计算能捕捉到更准确的叶道涡结构和尾水管涡带结构.对比模型实验结果表明,LES计算能更好地预测水轮机的外特性,包括流量曲线和效率曲线.基于非定常的水轮机内部流动的LES,使用Q方法提取转轮区的空化叶道涡和尾水管涡带,研究叶道涡的高频运动和涡带的低频演化规律,在活动导叶开度10 mm、单位转速64.9 r/min工况下,叶道涡演化频率为转频的15倍,而涡带演化频率为转频的0.4倍,和实验结果相符合,验证了在复杂三维流动中LES方法的准确性.     

基于MRT-LBM大涡模拟的桥梁气动参数数值仿真

为有效模拟桥梁结构的高雷诺数绕流及拓展格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）在桥梁抗风中的应用,将动态Smagorinsky亚格子涡黏性模型嵌入到多松弛时间格式的LBM中。在LBM中,亚格子涡黏性通过网格滤波和检验滤波两次滤波求得,网格滤波以LBM的格子网格为滤波尺度由LBM的局部非平衡矩直接完成,检验滤波在更大尺度上采用有限差分求解。利用亚格子涡黏性修正LBM的运动黏性,构造了一种可以模拟钝体高雷诺数绕流的LBM大涡模拟方法—MRT-LBM-DSM。采用MRT-LBM-DSM结合LBM的移动边界技术对苏通大桥主梁断面的静力三分力系数和气动导数进行了仿真计算。数值模拟结果证明MRT-LBM-DSM可以准确预测湍流流动,可以用于桥梁主梁断面的高雷诺数绕流仿真和计算主梁断面的气动参数。     

基于大涡模拟法的水轮机全流道内部流动的数值模拟

作者建立了水轮机各部件及全流道的的几何物理模型 ,对整个过流通道进行网格 ,利用大涡模拟法对混流式水轮机的内部流动进行数值模拟     

Sylvester方程AXB+CXD=E的共轭梯度法

对Sylvester方程AXB+CXD=E提出了一种共轭梯度算法及2种预处理算法,讨论了算法的性质。数值试验表明,共轭梯度法适合解决大规模问题,预处理方法能有效地减少迭代次数。     

一种基于过程纹理的烟雾仿真算法

针对可变形气流场中烟雾扩散的计算机仿真问题,用过程纹理理论进行分析。在分析几种比较常用的过程纹理函数模型的基础上,对烟雾的纹理细节进行了必要的分析和讨论,并提出了一种基于过程纹理函数的烟雾仿真算法,通过烟雾场内各点纹理的变化来表现烟雾的扩散效果,同时给出了部分仿真结果。     

关于CF-PCG算法参数的研究

分析了CF-PCG算法的效率随其参数的变化性质,将参数σ,p的确定,由求解整数规划子问题转化为确定一个不等的上界,从而减少求解参数的计算量,使CF-PCG算法的实现更加方便.     

基于物理模型的水墨画仿真实现

为了解决水墨画仿真中真实感效果难以实现的问题,用基于物理模型的方法对水墨画的仿真进行探索,以动仿静。选择水墨画中的吸附水墨画为模拟对象,用Navier-Stokes方程对水墨流动进行控制,用半拉格朗日方法进行求解,在GPU（Graphics Processing Unit）上加速实现。实验结果表明,物理模型能反应流体运动的内在物理特性,能逼真地模拟各种自然物理现象;最后形成的模拟效果,水墨画韵味十足,而且具有抽象的艺术效果,是计算机技术与艺术融合的有效尝试。     

基于信赖域子问题的共轭梯度法

对于求解无约束优化问题,利用重新开始的三项共轭梯度法与信赖域方法结合,并引入非单调技术,当迭代不成功时,改进后的算法保留一些有用信息,提高了算法的有效性。在适当的条件下,给出了新算法的全局收敛性,数值试验结果表明新算法是有效的。     

火焰实时模拟的新算法

为了解决火焰动画的计算机模拟难以实现真实感和实时性的问题,提出了一种新的火焰实时模拟算法。该方法吸收了数学物理方法真实感强和粒子系统思想方法简单的优点,通过著名的Navier—Stokes方程对流体进行控制,采用半拉格朗日法对其进行求解,并引入粒子系统的思想对原方程的平流项进行修改。对火焰颜色的控制采用密度场和配色原理,进行简单而有效的实现,并在图形处理器（GPU：Graphics Processing Unit）上加速实现,成功地实现了真实感和实时性并举的火焰动画的计算机模拟。     

基于DCS一体化的电站风烟系统仿真建模

基于DCS一体化的新型培训仿真机平台，利用图形组态方法，对电站风烟系统进行实时仿真建模，仿真结果表明，静态仿真数据满足仿真机精度要求，动态响应曲线和实际机组特性相符合，该仿真系统能够正确反映风烟系统运行过程特性。     

基于DCS一体化的电站风烟系统仿真建模

基于DCS一体化的新型培训仿真机平台,利用图形组态方法,对电站风烟系统进行实时仿真建模,仿真结果表明,静态仿真数据满足仿真机精度要求,动态响应曲线和实际机组特性相符合,该仿真系统能够正确反映风烟系统运行过程特性。     

适宜PCG方法的水工结构有限元刚度矩阵形成、组集和存储的新方法

针对水工结构有限元分析中刚度矩阵存储量大且易变动的特点,在分析目前常用的预处理共轭梯度法（PCG）算法特性基础上,提出适宜于PCG方法的水工结构有限元刚度矩阵形成、组集和存储的新方法.该新方法中,以＂节点＂为中心的刚度矩阵形成方法取代以＂单元＂为中心的刚度矩阵形成组集方法.针对预处理共轭梯度法中零元素不参与计算,提出只需存储非零元素及其在总体刚度矩阵的相应位置的记位存储策略.与传统方法相比,新方法在形成、组集时间和存储规模上均能更好地满足PCG算法的需求.