Разработка системы интерактивной визуализации для учебно-лабораторного стенда по моделированию движения жидкости и газов

ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 9
1.1. ANSYS CFD-Post 9
1.2. Autodesk Flow Design 10
1.3. CFD to Unity3D 10
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 12
2.1. Представление данных 12
2.1.1. Регулярная сетка 12
2.1.2. Нерегулярная сетка 13
2.2. Методы моделирования 14
2.2.1. Метод конечных разностей 16
2.2.2. Метод конечных элементов 17
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ 20
3.1. Определение требований 20
3.2. Диаграмма вариантов использования 21
3.3. Архитектура системы 22
3.4. Диаграмма классов 23
3.5. Парсер продувки 24
3.5.1. Алгоритм работы 24
3.5.2. Реализация 26
3.6. Ядро визуализации 27
3.7. Пользовательский интерфейс 30
3.7.1. Панель объектов 31
3.7.2. Панель настроек 32
3.7.3. Панель параметров 34
4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ 36
4.1. Модуль визуализации частицами 37
4.2. Модуль визуализации линиями тока 38
4.3. Модуль визуализации плоскостью 39
4.4. Реализация пользовательского интерфейса 41
4.4.1. Панель объектов 41
4.4.2. Панель настроек 41
4.4.3. Панель параметров 42
4.4.4. Пользовательский интерфейс 42
5. ТЕСТИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ 44
5.1. Тестирование 44
5.2. Эксперимент 44
5.2.1. Моделирование в программе ANSY Fluent 45
5.2.2. Визуализация в разработанной системе 47
5.2.3. Анализ результатов эксперимента 49
5.3. Внедрение 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
ЛИТЕРАТУРА 52
ПРИЛОЖЕНИЯ 55
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Листинг метода перемещения частиц 55
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Листинг метода создания линий тока 56
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Листинг метода создания текстуры плоскости 57
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Листинг скрипта Explorer 58
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Листинг скрипта ObjectInfo 61
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Листинг интерфейса IInfoComponent 63
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Протокол тестирования 64

Купить

На данный момент различные CAE-пакеты [1] используются для решения широкого круга инженерных и научных задач во многих областях промышленности и науки. В частности, можно выделить отдельный класс задач, решаемых с помощью методов конечно-элементного [2] и конечно-объемного [3] моделирования. Данные методы моделирования активно применяются в аэродинамике, архитектуре, двигателестроении и других областях. Так, для расчетов и моделирования гидродинамических процессов в жидкостях и газах на данный момент существует множество программных решений и платформ, например, Ansys CFX [4] или Ansys Fluent [5]. Результаты таких расчетов, как правило, не имеют визуального и наглядного представления и нуждаются в дополнительной постобработке и визуализации с помощью интегрированных в программные пакеты средств постпроцессинга данных. Функциональные возможности таких средств обычно ориентированы на профессиональных инженеров и не подразумевают интерактивного и наглядного метода представления результатов в режиме реального времени, поэтому внесение изменений в представление результатов и постобработка - являются довольно трудоемким процессом, занимающим довольно много времени.
Многие компании, такие как SIEMENS, используют визуализацию аэродинамических свойств своей продукции, для наглядной демонстрации преимуществ [1]. Так как задача продавцов, заключается в привлечении большего числа покупателей, они решили донести до клиентов аэродинамические преимущества своей конструкции при помощи виртуальной аэродинамической трубы, где пользователь мог безопасно, наглядно и интерактивно визуализировать воздушный поток.
Также визуализация физических принципов гидродинамики необходима для решения междисциплинарных задач по градостроению [7, 8]. Визуализация гидродинамического моделирования позволит демонстрировать особенности рельефа и застройки, а также воздушного потока людям из другой сферы деятельности для решения общей задачи.
Зачастую, в образовательных и научных целях необходимо наглядно проиллюстрировать особенностям некоторых сложных гидродинамических явлений и процессов. Для объяснения таких физических эффектов как дорожка Кармана, отекания крыла, срыва потока, отекания тела сложной формы и многих других гидродинамических эффектов, преподавателю необходима удобная интерактивная визуализация для наглядного представления студентам
Так как просчет данных в режиме реального времени сложен и требует очень больших вычислительных объемов, необходим способ использования готовых расчетов для дальнейшей их визуализации.
В связи с этим было принято решение создать систему для наглядной визуализации данных гидродинамического моделирования.
Цели и задачи исследования
Целью моей работы является разработка системы интерактивной визуализации для учебно-лабораторного стенда по моделированию движения жидкости и газа. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
• провести анализ предметной области;
• спроектировать архитектуру системы;
• реализовать систему и пользовательский интерфейс;
• провести тестирование системы.
Объем и структура работы
Общий объем работы составляет 66 страницы, основная часть работы содержит 5 глав. Выпускная квалификационная работа включает в себя 7 приложений, объем библиографии составляет 24 источника.
Краткое содержание работы
В первой главе «Анализ предметной области» приведены основные термины, используемые в работе, а также произведен обзор аналогов разрабатываемой системы.
Во второй главе «Теоретическая часть» описаны способы представления данных, а также методы моделирования движения жидкости и газа.
В третьей главе «Проектирование системы» определены требования к системе, выявлены основные варианты использования, приведено описание общей архитектуры системы и рассмотрены особенности отдельных компонентов системы.
В четвертой главе «Реализация системы» приведены особенности реализации отдельных компонентов системы.
В пятой главе «Тестирование и эксперименты» представлено тестирование разрабатываемой системы в целом и проведение эксперимента.
В заключении сделаны выводы о проделанной работе.
В приложении представлены исходные коды модулей системы и протокол тестирования.
Купить