Моделирование потоков вязких жидкостей с использованием систем клеточных автоматов
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ть потока внутри щели очень высока. При этом на выходе из потока отчетливо видно изменение цвета ячеек вплоть до голубого цвета, что говорит о том, что жидкость меняет направление вплоть до противоположного движению основной части потока, что свидетельствует о возникновении турбулентности на выходе из щели.
Рассмотрим обтекание небольших препятствий (рисунок 30). За препятствиями мы можем наблюдать возникновение небольших турбулентных вихрей, так называемых дорожек Кармана.
Заключение
В ходе выполнения квалификационной работы были рассмотрены различные подходы к моделированию движения сплошной среды, в том числе с учетом возникновения турбулентности. Среди них был выбран метод решетчатого газа Больцмана.
Для реализации и дальнейшего изучения этого метода было создано приложение, моделирующее движение жидкости в двухмерном пространстве по вышеуказанному методу.
Данное приложение позволяет отслеживать поведение жидкости при различных параметрах, таких как вязкость, плотность, молярная масса и скорость. Также приложение позволяет варьировать размеры моделируемого потока и помещать в него препятствия.
Приложение позволяет отслеживать изменение поля скоростей во времени, визуализируя течение потока, а также сохраняя результаты моделирования в текстовый файл.
Над реализованной моделью был проведен ряд экспериментов, связанных с изменениями параметров жидкости и наблюдением за обтекание жидкостью препятствий.
В ходе экспериментов было установлено, что при движении жидкости ее скорость уменьшается вблизи стенок, причем с увеличением вязкости жидкости уменьшение скорости у стенок более значительно, что соответствует аналитическим и эмпирическим представлениям о движении реальной жидкости.
Также при движении жидкости наблюдались турбулентные потоки при обтекании препятствий, в том числе вихри на выходе из щели и вихревые дорожки Кармана.
Наличие таких дорожек свидетельствует о соответствии результатов имитационного моделирования физическому эксперименту и доказывает адекватность данного вида моделирования и возможность его применения для имитации турбулентных потоков.
Список использованных источников
Сухинов Антон. История гидродинамики /Антон Сухинов -
Dieter A. Wolf-Gladrow. Lattice-Gas Cellular Automata and Lattice Boltzmann Models-An Introduction /D. A. Wolf-Gladrow; Germany - 2005. - 302c.
3Статистическая физика.
Моделирование физических процессов и явлений на ПК: Учеб.пособие / Медведев Д. А. [и др.] - Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т., 2010. -
101 с. - ISBN 978-5-94356-933-3
Qin R.S. Case Study: Flow Models /R.S. Qin; Institute of Ferrows Technology, Postech.
6Тоффоли Т. Машины клеточных автоматов: Пер. с англ./Т.Тоффоли, М. Марголус; М.: Мир, 1991.
Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа/Л.Г. Лойцянский; М.: Наука, 1978.
Сухарев М. Delphi. Полное руководство. Включая версию 2010. / М. Сухарев; Спб.: Наука и Техника, 2010. - 1040с.
Бобков С.П. Моделирование плоскопараллельного течения жидкости с использованием клеточных автоматов. Современные наукоемкие технологии (региональные приложения), 2008, №3, с. 59-114.
Бобков С.П. Моделирование основных процессов переноса с использованием клеточных автоматов. Известие вузов Химия и хим. технол., 2009, т.52, вып. 3, с. 109-114.
Монин А. С. Статистическая гидромеханика. Ч.1/ А.С, Монин, А.М. Яглом; М.: Наука, 1965.
Приложение
Класс Клеточный автомат
TCA = class (TObject)
private
X :integer; //номер последней ячейки по горизонтали
Y :integer; //номер последней ячейки по вертикали
Relax_Time : real; //времярелаксации: array of array of TCell;Create(X,Y : integer; C : TCellsType); //конструктор_Time(Viscosity : real); //установкавременирелаксации_Distrib(); //расчет плотности распределения по всем ячейкам_Eq_Distrib(); //расчет равновесного распределения по всем ячейкам
procedureCulc_Speed_Dens(); //расчет скорости и плотности по всем ячейкам
procedureMove(); //перемещения распределения скоростей
procedureEqToDisrtib(); //приравнивание распределение равновесному
procedure Iteration(); //итерация;
Класс Ячейка
= class (TObject):real; //скоростьпоосиX
SpeedY :real; //скорость по оси Y:real; //модуль скорости:real; //угол скорости [0..360)
Density : real; //плотность: array [0..8] of TChannel;Create();_Speed(); virtual; //расчетскорости_Density(); virtual; //расчетплотности_Distrib(Relax_Time: real); virtual; //расчетплотностираспределенияскоростей
procedureCulc_Eq_Distrib(); //расчет равновесного распределения(); //установка распределения равным равновесному(); //расчет модуля скорости(); //расчет угла скорости;
Содержание носителя данных
исполняемый файл CA.exe;
папка pic, содержащая шкалу HUE;
папка save, содержащая файлы с шаблонами потоков, а также файл Iteration.txt для хранения результатов работы клеточного автомата в текстовом виде;
папка CAс исходным кодом приложения;
файл Чернявская - Пояснительная записка.docx, содержащий пояснительную записку к дипломной работе;
файл Чернявская - Презентация.pptxс электронными слайдами;
видеоролик с демонстрацией работы приложения Дорожки Кармана.avi.