[發明專利]基于格子Boltzmann的流體可視化仿真方法

有效

• 申請號: 201310247388.0
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103366045A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 劉雪梅;高陽;閆新慶;樊要玲;朱齊亮;郭松
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

1.一種基于格子Boltzmann的流體可視化仿真方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：根據格子Boltzmann方法構建流體力學模型，選擇格子Boltzmann方程初始化分布函數，所述格子Boltzmann方程初始化分布函數為：

fα(r+eαδt,t+δt)-fα(r,t)=-1τ[fα(r,t)-fαeq(r,t)]]]>

其中τ定義為τ=vcs2·δt+12]]>

式中格子聲速c_s取δ_t為時間步長，為平衡態分布函數，r為空間位置矢量，t為時間；

ν為運動粘度系數，其與流場尺寸和流體速度成正比，與雷諾系數Re成反比，即：v=ReL·U;]]>

式中：Ｌ為方腔的高度，Ｕ為頂蓋流驅動速度；

步驟2：設置初始值，即：流體初始速度、雷諾系數、流體密度和流場尺寸，對流場進行網格劃分；

步驟3：設定區間[0.0,1.0]作為值域A，選取0.25、0.5、0.75作為特征值將值域A劃分為[0.0,0.25]、[0.25,0.5]、[0.5,0.75]和[0.75,1.0]四個區間；

步驟4：用步驟3中得到的四個區間分別表示藍色、綠色、紅色和黃色的強度值，即：區間[0.0,0.25]表示藍色值強度，其定義為區間B；區間[0.25,0.5]表示綠色值強度，其定義為區間G；區間[0.5,0.75]表示紅色值強度，其定義為區間R；區間[0.75,1.0]表示黃色值強度，其定義為區間RG；

步驟5：步驟1中的格子Boltzmann方程初始化分布函數向前演進一個時間步長，圖像處理單元接收流場內的節點數據，即讀取速度信息，所述速度信息包含x方向的速度分量和y方向的速度分量；

步驟6：將步驟5中所讀取的速度信息轉化為無量綱數值信息，并進行歸一化處理，所述歸一化處理所采用的公式為：

ux=1ρΣαfα|eα|]]>

uy=1ρΣαfα|eα|]]>

m=(ux2+uy2-umin)umax-umin]]>

其中u_x和u_y代表速度在坐標軸x、y方向上的分量；ρ代表流體宏觀密度；f_α代表局部平衡態分布函數；α代表離散速度方向；e_α代表各個方向上的離散速度；u_max為流場內流體速率的最大值；u_min為流場內流體速率的最小值；m表示歸一化處理后的數據值；

步驟7：將步驟6中歸一化處理所得到的數據值m與步驟4中得到的四個區間作比較，如果m∈B，設定權系數w_B∈[0.0,4.0]，w_G=w_R=0；如果m∈G，設定權系數w_B∈[0,2.0]，w_G∈[0.0,2.0]，w_R=0；如果m∈R，設定權系數w_B=0，w_G∈[0,4/3]，w_R∈[0,4/3]；如果m∈RG，設定權系數w_B=0，w_G∈[0,1.0]，w_R=1.0；

步驟8：基于OpenGL中的RGB顏色顯示模式確定R、G、B的強度值：

glColor3f(floatr,floatg,floatb)

其中，r=m×w_R，g=m×w_G，b=m×w_B，利用此顏色配比方案，繪制邊長為0.5個像素的正方形，表示當前格點處流體速度值：

glBegin(GL_POLYGON);

glVertex2f(i-0.5,j-0.5);

glVertex2f(i-0.5,j+0.5);

glVertex2f(i+0.5,j+0.5);

glVertex2f(i+0.5,j-0.5);

glEnd();

其中i、j表示當前格點的坐標；

步驟9：遍歷整個流場，繪制出整個流場內節點的顏色信息；

步驟10：重復步驟5至步驟9，直到達到收斂條件，停止圖像繪制此時圖像即為流場穩定后的成像效果。