Моделирование потоков вязких жидкостей с использованием систем клеточных автоматов
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ок для последующего использования.
Промежуточными данными являются плотность распределения частиц по скоростным каналам и плотность равновесного распределения. Вычисление этих величин составляет основную часть программы.
Выходными величинами должны являться локальные скорости ячеек клеточного автомата через заданный промежуток времени. Необходимо определить как абсолютную величину, так и направление скорости. Данные должны предоставляться пользователю как в числовом виде, так и в наглядной графической форме с возможностью отслеживания динамики потока.
Требования к видам обеспечения
Требования к математическому обеспечению
На основании предварительных научно-исследовательских работ было принято решение о том, что для моделирования должен использоваться метод решетчатого газа Больцмана. Однако данный метод не дает четких указаний по поводу использования тех или иных граничных условий. Поэтому окончательный выбор правил задания граничных условий должен быть осуществлен на стадии технического проектирования.
Требования к программному обеспечению
Для работы программы на компьютере должна быть установлена операционная система MS WindowsXPSP2 или старше.
Требования к лингвистическому обеспечению
Все программное обеспечение для организации взаимодействия с пользователем должно использовать русский язык.
1.Требования к техническому обеспечению системы
-Многоядерный процессор;
-не менее 512 Мб оперативной памяти;
наличие видеокарты;
-наличие 1 Гб свободного места на жестком диске.
4.Технический проект
4.1 Общесистемные решения
Схема функциональной структуры
Главной функцией создаваемого приложения является моделирование потока жидкости. С точки зрения пользователя данная функция включает в себя три задачи: выбор параметром модели, непосредственный расчет по методу LBM и вывод результата в числовом виде, а также в наглядной графической форме.
4.2 Описание автоматизируемых функций
Задание параметров модели
Задание параметров модели включает в себя задание параметров модельного потока, задание величин, связывающих параметры модели и реальной жидкости и создание формы потока.
Для перехода от модели к реальной жидкости должны быть заданы следующие величины:
количество ячеек в одном метре;
количество итераций в секунду.
Должны задаваться следующие параметры жидкости (в скобках указаны реальные - модельные единицы измерения):
длина потока (м - яч.);
ширина потока (м - яч.);
продолжительность моделирования (с - итер.);
кинематическая вязкость (м2/с - яч.2/итер.);
плотность (кг/м3 - частиц/яч.);
молярная масса (кг/моль);
начальная скорость (м/c - яч./итер.)
Пользователь может вводить параметры жидкости как в реальных единицах измерения, так и в модельных единицах.
Также для удобства просмотра результатов пользователь должен иметь возможность ввести коэффициент масштабирования отображаемого рисунка (сколько пикселей отводится для рисования одной ячейки).
Рисование потока должно выполняться при помощи мыши. По умолчанию поток не имеет препятствий. Пользователь должен иметь возможность нарисовать препятствие внутри потока. Созданный рисунок пользователь может сохранить в файл и повторно использовать при моделировании потока такого же размера.
4.3 Расчет по методу LBM
После задания параметров потока по команде пользователя должен начинаться расчет по методу решетчатого газа Больцмана. Расчет должен прекращаться, когда достигнута заданная продолжительность моделирования или при выходе параметров модели за допустимые границы.
4.4 Визуализация результата
Визуализация результата должна производиться параллельно с процессом моделирования, то есть при совершении итерации клеточного автомата изменения должны быть в наглядной графической форме представлены пользователю.
Для визуализации результата выбрана цветовая модель HSV. Выбор остановлен на этой модели, поскольку она позволяет одновременно визуализировать два аспекта такого сложного параметра, как вектор скорости: ее модуль и угол. (англ. Hue, Saturation, Value - тон, насыщенность, значение) - цветовая модель, в которой координатами цвета являются:
Hue - цветовой тон, (например, красный, зелёный или сине-голубой). Варьируется в пределах 0-360, однако иногда приводится к диапазону 0-100 или 0-1.
Saturation - насыщенность. Варьируется в пределах 0-100 или 0-1. Чем больше этот параметр, тем чище цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. А чем ближе этот параметр к нулю, тем ближе цвет к нейтральному серому.
Value - значение цвета. Также задаётся в пределах 0-100 и 0-1.
Наглядно данную модель можно представить в виде конуса (рисунок 6).
Рисунок 6 - Коническое представление модели HSV
Для визуализации вектора скорости мы будем использовать только два параметра этой модели.
Параметр Hue удобно использовать для обозначения угла поворота вектора скорости, поскольку этот параметр также по своей сути является углом. Соответствие цвета и численного значения угла представлено на рисунке 7.
Рисунок 7 - Шкала оттенков HUE
Параметр Valueпримем равным единице.
Параметр Saturation будем использовать для обозначения модуля скорости, поскольку он, как и модельная скорость, принимает значения от 0 до 1. ?/p>