[發(fā)明專利]基于格子Boltzmann的流體可視化仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310247388.0
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103366045A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉雪梅;高陽;閆新慶;樊要玲;朱齊亮;郭松
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體實時模擬仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于格子Boltzmann的流體可視化仿真方法。?

背景技術(shù)

在科研和工程領(lǐng)域中，流體的計算和可視化具有十分廣泛的應(yīng)用，如何生動、實時的對流體進行可視化是計算機圖形學(xué)中的一個重要問題。?

由于真實流體速度變化范圍大，且流體速度為矢量值，難以直接轉(zhuǎn)化為可用于計算機繪制圖像的像素值。?

E.W.Llewellin在文獻《LBflow:An?extensible?lattice?Boltzmann?framework?for?the?simulation?of?geophysical》中提出的LBM（Lattice?Boltzmann?Method）仿真實現(xiàn)，具有參數(shù)可控，可擴展性等優(yōu)點，但其計算過程和可視化過程分別在兩個程序中實現(xiàn)，只能先進行數(shù)值計算，然后通過讀入計算結(jié)果進行可視化顯示，不能對流體實時數(shù)據(jù)進行可視化顯示，而且沒有給出流體可視化的繪制方法。?

Jose?Guilherme?Mayworm和Sicilia?Ferreira?Judice等在文獻《Computational?System?for?Visualization?and?Lattice?Boltzmann?Fluid?Simulation》開發(fā)了一個用于流體數(shù)據(jù)計算的可視化模擬系統(tǒng)，可實現(xiàn)流體動畫的實時動態(tài)顯示，其主要是介紹基于Lattice?Boltzmann的流體計算方法，沒有介紹其流體可視化方法，而且其流體可視化效果不佳，流體顏色過渡突兀，成像效果模糊，難以辨別低速流場。?

傳統(tǒng)的流體繪制思路是首先由流體速度求得流體速率，即速度的模，然后乘以權(quán)系數(shù)使之達到圖形學(xué)繪制范圍，進而通過不同像素值的顏色信息表示流體速?度的快慢，但是該方法存在一個顯著的缺點：即權(quán)系數(shù)的選擇難以把握，例如，對于流體速度變化范圍大的同一流場，選擇小權(quán)系數(shù)可以使高速流場繪制清晰，但低速流場處理后的數(shù)據(jù)難以達到像素值要求，顏色顯示就會不明顯，選擇大權(quán)系數(shù)可以保證低速流場繪制準(zhǔn)確，但是容易造成高速流場內(nèi)數(shù)據(jù)溢出，易造成高速流場繪制失真。因此，一種準(zhǔn)確、簡單的流體可視化方法的提出具有十分重要的應(yīng)用價值。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過可視化方法表征流體的動力學(xué)特性，解決流體可視化的實時性和逼真性繪制問題，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是：?

一種基于格子Boltzmann的流體可視化仿真方法，包括以下步驟：?

步驟1：根據(jù)格子Boltzmann方法構(gòu)建流體力學(xué)模型，選擇格子Boltzmann方程初始化分布函數(shù)，所述格子Boltzmann方程初始化分布函數(shù)為：?

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