基于粒子系统的流体交互应用*

为模拟水流的真实交互行为,采用基于光滑粒子流体动力学方法的粒子系统进行水流的物理仿真。给出利用八叉树建立有序树并进行最近相邻粒子搜索的方法,采用两种虚粒子结合的方法处理边界条件。在三维虚拟场景中模拟了水流与障碍物交互的过程,证明了该方法的实时性和可行性。     

HYDRUS-3D在土壤水分入渗过程模拟中的应用

HYDRUS-3D是一个可用来模拟土壤水流及溶质三维运动的有限元计算机模型。程序可以灵活处理各类水流边界,包括定水头和变水头边界、给定流量边界、渗水边界、大气边界以及排水沟等。水流区域本身可以是不规则水流边界,甚至还可以由各向异性的非均质土壤组成。本文介绍了HYDRUS-3D这一最新成果数学模型构成,并利用这一模型软件模拟计算了土壤水流及溶质的三维运动,水流控制方程采用修改过的Richards方程,对水流区域进行不规则三角形网格剖分,控制方程采用伽辽金线状有限元法进行求解,得到了水分和溶质在土壤中随时间的变化关系,可以提供从0.00001到5,近6个数量级的事件时间分辨率精度。其实际应用结果表明,HYDRUS-3D不仅功能齐全,能够提供强大的模型计算能力,并且其生成的模型能真实地反映水分和溶质入渗过程,可被应用于土壤含水量的前期预报工作。     

计算机磁头飞行过程的仿真研究

该文采用蒙特卡洛直接模拟方法(DSMC)对计算机硬盘中的磁头飞行过程进行动态仿真，并将计算结果与传统的基于线性Boltzmann方程的修正Reynolds方程数值计算结果比较。在DSMC模拟过程中，用大量的仿真粒子来模拟实际系统，基于硬球模型对粒子的三维速度和位置分量进行计算和存储，得到了沿膜厚方向的二维压力分布。两种方法得到的结果非常吻合，该文采用DSMC法对传统方法不能解决的发生线接触的工况进行了计算，给出了磁头飞行过程中发生与磁盘撞击的仿真结果。     

基于物理的烟雾动画设计与实现

在计算机图象学的算法研究中,烟雾、水流和火焰等流体的模拟是一个即困难又吸引人的问题.结合计算流体力学和计算机图形学,实现了烟雾的模拟动画.本文给出烟雾的物理模型方程,并采用N-S方程和半拉格朗日方法来求解烟雾的物理模型方程,从而得到烟雾的密度场数据.最后用体绘制方法实现了三维密度场转换成屏幕上的图像.     

基于声线跟踪法开发超声无损检测动态仿真软件

以“声线跟踪法”为基础，运用面向对象的编程语言VisualC＋＋和三维场景开发工具OpenGL，按照面向对象的程序设计思想开发了超声波无损检测仿真软件。该系统实现了超声检测过程的三维可视化并对超声波传播路径和A型显示进行了较为准确的模拟。该文对仿真过程中的三维介质建模和传播路径模拟计算等关键问题进行了详细的讨论，采用CSG／B-Rep混合模型表示法对三维介质模型进行快速建模，并且采用声线跟踪法对传播路径进行较为准确的模拟。最后通过仿真实例，验证了算法的有效性。     

近断层危害场的三维并行数值模拟

在采用Metis软件包进行区域分解的基础上,结合大型稀疏矩阵的行压缩存储方式,求解基于预处理共轭梯度法的有限元方程组,开发并行有限元计算程序。对三维地质模型进行计算模拟,得到的张店-仁河断裂近断层地震危害场的位移场数值计算结果表明,该并行程序取得了较好的计算加速比。     

基于硬件加速和粒子系统的实时喷泉模拟

喷泉效果可以增强三维场景的真实感。论文用粒子系统作为喷泉建模的方法,通过动力学原理模拟水流的运动,对水流中粒子的运动采用循环式的重复使用,从而大大提高程序运行效率。利用Direct3D对粒子绘制的支持,通过Shader编程充分挖掘GPU的处理能力,并对水珠粒子进行多样化的高效绘制。通过CPU与GPU相互结合的方式,既保证了喷泉效果的真实感,又有较高的运行效率,也能满足系统实时性的速度需求。     

前机身/进气道流场的一体化数值模拟

该文针对飞行器设计中的机体和进气道的一体化问题,采用分区结构搭接网格技术,对机体外流场采用有限体积法求解Euler方程,进气道内流场采用有限体积法求解N—S方程,发展了求解三维超音速前机身／进气道内外流的Euler／N—S方程分区处理程序,同时对某型飞机的前机身／进气道流场进行了一体化模拟。通过分析计算出的附加阻力和畸变系数等结果的合理性验证了计算程序的正确性。同时通过对计算域采用不同的密度网格进行计算,分析研究了网格疏密对计算结果的影响。     

二维数据随机延拓成三维水域动画方法研究

提出一种简单有效的、节约计算开销的方法,用于制作实现三维场景中水域动画效果。该方法的实现过程为利用二维模拟水流或波浪数据延拓到三维空间中,实现水沿其主导传播方向产生波动动画,其中利用了基于物理方程和粒子系统的方法。在动画过程中,这些二维水流帧画面被随机地沿横向方向取样,在动画时间和由用户自定义噪声的参数设置下取得的切片(称为时间片)结构中进行。在重构三维水流画面中,使用了带平滑滤波器的几何技术,以弥补因取样所造成的切片损伤。使用随机布朗运动噪声数据补偿三维画面数据,逼真地显示了涟漪波和怒涛波的动画。     

基于优化模拟电荷法的直流输电线路电场特性计算

为了提高模拟电荷法计算电场的精度并降低其计算复杂度,采用黄金分割法对模拟电荷法进行优化,提出了一种精度高且易实现的模拟电荷设置方法.应用该模拟电荷法计算了直流输电线路导线表面电场,采用"化曲为直"法绘制了电场线轨迹.在此基础上,基于通量线法对比分析了分裂导线表面最大场强在不同取值方法下求解合成电场和离子流密度时带来的计...     

大峡水电站全厂水位测量装置

上下游水位及拦污栅压差是水电站的重要数据,因设备老化、抗干扰能力差、维护困难等各种原因,我们对全厂水位及拦污栅压差测量装置进行改造。改造方案采用静压式传感器来实现监测水的深度,将水位移动量转换成4～20mA的电信号输出。改造后的装置在实际使用中工作稳定,在监视报警、综合计算等各方面满足电站对这些信号的要求,取得了很好的效果。     

Coupled optimization-simulation water quality model for regional water quality management

The objective pursued in water quality management is to secure water qualities such that marginal cost of the cleaning water equals the accuring marginal benefits. It is the purpose of this paper to show how the methods of system analysis may be used to plan more economical new pollution control facilities or how to upgrade existing systems. The particular problem investigated is the following: Given a region with a number of industries and/or municipalities, where should one build treatment plants and will be necessary levels that total regional cost of waste water treatment is minimum. To approach these problems, a stream water quality simulation is linked with a treatment cost minimization model in order to capitalize on the unique adventage of each in managing river basin water quality.     

面向水域保护的水域信息管理平台建设研究

为加强水域保护,实现水域管理的信息化和规范化,提高水域保护的效率与科学水平,设计并开发基于WebGIS的水域信息管理平台。以镇江市为研究区域,从水域管理和规划的双重需求出发,整合数据资源构建水域本底数据库、完善水域档案资料,在此基础上,采用框架结构设计和面向对象相结合的技术,设计并实现水域一张图管理、水域动态监测、洪涝分析、侵占补偿、查询统计、变化分析、档案管理和权限设置等功能模块。水域信息管理平台的应用一方面可以辅助政府工作,有效提升河湖水域管理与保护工作水平,另一方面可为水域保护与规划、城市排水系统建设及城市用地规划等相关工作提供数据服务、技术支撑和科学化测评手段,同时可为其他城市水域保护信息化平台建设提供参考。     

Hybrid water treatment cost prediction model for raw water intake optimization

In order to reduce the total cost of a dual source drinking water treatment plant operation, a comprehensive hybrid prediction model was built to estimate the necessary chemicals dosage and pumping energy costs for alternative source selection scenarios. Correlations between the water quality parameters and the required treatment chemicals were estimated using historical data and the expected pH variations associated with each chemical addition, which was based on the Caldwell–Lawrence diagram. The pumping energy costs were also estimated using a data-driven approach that was based on historical plant data. The research has practical implications for water treatment operators seeking to minimize plant operational costs through selecting raw water intake volumes for their treatment plant based on multiple source options and offtake tower gate levels. Future research seeks to better link current and future water treatment dosage cost predictions directly to water quality measurements taken from vertical profiling systems.     

SD-GIS-based temporal-spatial simulation of water quality in sudden water pollution accidents

System dynamics (SD) is well suited for studying dynamic nonlinear complex systems. In this paper, SD is applied to a rapid-onset water pollution accident using a 1-D water quality model and a conceptual GIS-SD framework is constructed to simulate the temporal-spatial changes of pollutant concentration. Based on the component GIS and the SD model, a prototype system of water quality simulation in water pollution accidents is developed. The data collected on the spot in the Songhua River water pollution accident in November 2005 were used for model parameter calibration and model validation. The results showed that: (1) the constructed model could simulate the changes of nitrobenzene concentration with time in the Songhua River water pollution accident, especially during the peak concentration and at the arrival time of peak concentration, and that the simulated values and the on-the-spot monitored values corresponded with each other well; (2) the scenario simulation could be made by adjusting parameters u (longitudinal current velocity), E (longitudinal diffusion coefficient), and k (decay rate coefficient). Such a model can provide decision makers with quantitative information to optimize related emergency response measures.     

Continuous-time and discrete-time design of water flow and water level regulators

A thorough analysis of the water flow and water level control problems arising in several industrial systems is provided using classical and sampled data linear control theory. The analysis is based on simplified linear models of the processes under control. Resulting design rules enable engineers to choose the correct controller both in the continuous-time and in the discrete-time case. A practical application example is included.     

以用水工艺过程为主题高效用水管理

根据工业用水的特点,以平台为基础,结合软件信息技术,以用水工艺过程为主题,搭建用水管理系统。对每一项用水工艺环节进行信息处理和数据分析,发掘节水潜力。对各用水工艺过程科学管理,制订合理适用的用水定额和用水指标。制订用水工艺过程的主题,对每一项用水环节深入分析,部分带动整体,从而实现企业工业的高效的用水管理。     

Procedural modeling of water caustics and foamy water for cartoon animation

We propose a method for procedural modeling and animation of cartoon water effects such as water caustics,foamy wake,and longshore currents.In our method we emulate the visual abstraction of these cartoon effects by the use of Voronoi diagrams and the motion abstraction by designing relevant controlling mechanisms corresponding to each effect.Our system enables the creation of cartoon effects withminimal intervention from the animator.Through high-level initial specification,the effects are animated procedurally in the style of hand-drawn cartoons.     

基于水流分割的石油钻井水流异常检测

通过对钻井管道水流的智能监控技术实现,可以解决石油钻井污染气体的自动监测问题,最大程度的减少人工监测成本;但是依然有以下几个难点需要攻克:(1)传统的特征提取方式不能描述水流形态的变化过程;(2)因为异常情况发生的概率很低,所以异常样本稀少,全监督的方法不再适用;为解决特征提取问题,提出了一种基于图像分割的新特征特提取方式——形态流,形态流可以从时序上描述水流形态的变化;另一方面,为克服异常样本稀少的问题,通过无监督的方式——多元高斯建模,来判别水流数据是否正常;实验表明在水流异常数据检测任务中算法检测精度达到了93.6%,在使用GPU并行加速处理时可达到28帧每秒的处理速度,能够准确地检测出水流数据中的异常数据帧。     

节水减排优化水网络系统的集成

节水减排是当前一个世界性的大课题，对我国而言更为紧迫。本文先介绍了这方面国内外的形势，然后论述了化工石化企业水网络系统的发展沿革。本文主要部分重点介绍了两种水系统优化集成方法：水夹点分析法及混合整数规划MINLP法。指出用这种过程系统工程方法来优化水网络系统的配置，不论对新厂设计还是老厂节水减排，均有十分显著的效益。