Моделирование потоков вязких жидкостей с использованием систем клеточных автоматов
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
й - ячейки типа Сток. Верхняя и нижняя стенки - Граничные ячейки. Препятствий в потоке нет.
Пользователь может поместить препятствие внутрь потока. Для этого нужно установить курсор внутри формы, нажать левую кнопку мыши, переместить курсор и отпустить левую кнопку мыши. Таким образом, задаются два противолежащих угла прямоугольника, изображающего препятствие. Тип ячеек меняются на Граничные ячейки. И они закрашиваются черным цветом.
Данный рисунок можно сохранить в файл с целью последующего многократного использования. Для этого выберем пункт меню Шаблоны>>Сохранить. Откроется стандартное меню сохранения файла.
По умолчанию рисуется граничная ячейка. Если мы хотим нарисовать ячейку потока, выберем пункт меню Рисование >>Простая ячейка. Аналогичным описанному способом нарисуем в уже созданном препятствии щель.
Чтобы снова рисовать граничные ячейки, нужно выбрать пункт меню Рисование >> Граничная ячейка.
При нажатии пункта Обновить все препятствия в потоке исчезают и поток принимает исходный вид (рисунок 14). Однако все параметры потока при этом сохраняются.
Выбрав пункт меню Шаблоны>>Загрузить, можно загрузить созданный ранее рисунок. При этом размеры потока примут значения, которые они имели при создании рисунка. Поэтому один и тот же рисунок можно использовать только для одного и того же размера потока в ячейках.
5.4 Моделирование
Для запуска моделирования нужно нажать кнопку Старт. При этом в левом верхнем углу экрана откроется шкала HUE (рисунок 8), а на главной форме приложения можно будет наблюдать течение жидкости.
При нажатии Стоп моделирование остановится, но все параметры, в том числе и форма препятствий сохранятся. Если после этого нажать Старт, моделирование начнется сначала.
Результаты моделирования можно посмотреть в численном виде. Для этого необходимо открыть файл Iteration.txt, находящийся в папке Save. В этом файле для каждой итерации в табличной форме записаны значения модуля и направления скорости. Фрагмент этого файла приведен на рисунке 24.
Рисунок 24 - Фрагмент файла Iteration.txt
5.5 Аварийные ситуации
В ходе моделирования может возникнуть ошибка, представленная на рисунке 25.
Рисунок 25 - Ошибка превышения скорости
Данная ошибка означает, что в одной из ячеек скорость превысила 1. Модель LBM предназначена только для моделирования потоков, в которых скорость не превышает одной ячейки за итерацию. Если это условие не соблюдается, то дальнейшее моделирование не имеет смысла.
В случае возникновения такой ошибки необходимо изменить параметры моделирования.
6.Экспериментальная часть
6.1 Моделирование потока без препятствий при различных параметрах жидкости
Проведем ряд экспериментов по моделированию потока жидкости без препятствий, в ходе которых будет использоваться постоянное соотношение реальных и модельных величин. В качестве начальных параметров выбраны параметры воды. Они приведены в таблице 2. Результаты моделирования приведены на рисунке 26
Таблица 2 Эксперимент 1. Параметры жидкости
Длина потока, м5Ширина потока, м2Начальная скорость, м/c2Кинематическая вязкость, кв.м/c1E-6Плотность, кг/куб.м1000Молярная масса, кг/моль0,018
Мы можем наблюдать, что поток имеет цвет оттенка красного. Это означает, что направление скорости близко к 0 градусов, то есть поток движется вправо. Также на рисунке видно, что у стенок форма потока скругляется, то есть имеет более светлый оттенок. Это говорит о том, что распространение потока у стенки происходит медленнее. Также на рисунке в передней части потока наблюдаются вертикальные полосы. Это говорит о том, что модули скорости соседник клеток при движении жидкости значитально отличаются.
Увеличим вязкость жидкости на два порядка. Новые параметры жидкости приведены в таблице 3. Результаты моделирования представлены на рисунке 27.
Таблица 3Эксперимент 2. Параметры жидкости
Длина потока, м5Ширина потока, м2Начальная скорость, м/c2Кинематическая вязкость, кв.м/c1E-4Плотность, кг/куб.м1000Молярная масса, кг/моль0,018
В отличие от предыдущего эксперимента, на этом рисунке мы не наблюдаем вертикальных полос. Это говорит о том, что при движении вязкой жидкости скорость в потоке по направлению движения одинакова. Белая полоса у верхней и нижней границ потока стала шире, то есть вязкая жидкость сильнее тормозится у стенок.
Увеличим скорость движения жидкости. Новые параметры жидкости приведены в таблице 4. Результаты моделирования представлены на рисунке 28.
Таблица 4 - Эксперимент 3. Параметры жидкости
Длина потока, м5Ширина потока, м2Начальная скорость, м/c4Кинематическая вязкость, кв.м/c1E-4Плотность, кг/куб.м1000Молярная масса, кг/моль0,018
Можно видеть, что рисунок стал более ярким, то есть скорость увеличилась. Но форма рисунка осталась прежней. Увеличение скорости не повлияло на взаимодействие со стенками и с неразогнанной частью потока.
6.2 Моделирование различных видов препятствий
Рассмотрим протекание жидкости через щель (рисунок 29) и сравним его с течением жидкости без препятствий при тех же параметрах (рисунок 27).
Сравнивая рисунки, можно заметить, что скорость до и после щели значительно ниже скорости аналогичной жидкости, движущейся без препятствий. В то время как скоро?/p>