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氣體爆炸模型研究及三維仿真實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2017-10-05 01:24

  本文關(guān)鍵詞:氣體爆炸模型研究及三維仿真實(shí)現(xiàn)


  更多相關(guān)文章: 燃?xì)獗?/b> 算法實(shí)現(xiàn)并行化 三維仿真 Unity3D


【摘要】:近些年來(lái),燃?xì)庠谑褂、存貯和運(yùn)輸過(guò)程中引發(fā)的爆炸事故時(shí)有發(fā)生,造成了大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失,因此燃?xì)獾陌踩珕?wèn)題被普遍關(guān)注,引起了相關(guān)部門的極大重視。但由于燃?xì)獾膽?yīng)用領(lǐng)域廣泛,且易受外界條件影響,要完全杜絕燃?xì)獗ㄊ鹿实陌l(fā)生在現(xiàn)階段還難以做到,因此研究燃?xì)獗P、分析影響爆炸?qiáng)度的因素和爆炸的波及范圍,以及對(duì)爆炸的推演過(guò)程進(jìn)行三維仿真有很大的實(shí)用價(jià)值。本文的主要工作是編程實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗P?并利用仿真平臺(tái)對(duì)爆炸的推演過(guò)程進(jìn)行三維展示。以上工作可以細(xì)分為四個(gè)方面,一是通過(guò)對(duì)流體動(dòng)力學(xué)、爆炸學(xué)、物理力學(xué)和燃燒學(xué)等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的分析研究,建立了由N-S模型、EBU-Arrhenius燃燒模型、k-ε湍流模型等組成的爆炸數(shù)值模型;二是在編程求解爆炸數(shù)值模型的過(guò)程中引入CPU+GPU異構(gòu)編程機(jī)制,利用GPU的高度并行化特點(diǎn),在CUDA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)并優(yōu)化燃?xì)獗P退惴?克服了數(shù)值模型計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn),大幅度的提高了計(jì)算的速度和精度,并保證了計(jì)算的實(shí)時(shí)性;三是提出爆炸事故可視化推演系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并利用Unity3D編程平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn);四是完成與Fluent等平臺(tái)的對(duì)比實(shí)驗(yàn),并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有兩個(gè),一是首度實(shí)現(xiàn)了燃?xì)獗ㄎ锢砟P团c三維仿真系統(tǒng)的對(duì)接,提高了爆炸效果模擬的真實(shí)感,也達(dá)到了對(duì)燃?xì)獗ㄍ话l(fā)事件的科學(xué)控制。二是利用CPU+GPU異構(gòu)編程技術(shù)對(duì)燃?xì)獗ㄋ惴ㄟM(jìn)行了并行優(yōu)化,克服了以往數(shù)值模型因計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而無(wú)法為三維仿真平臺(tái)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的缺點(diǎn),也提高了算法在時(shí)間和精度上的優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】:燃?xì)獗?/strong> 算法實(shí)現(xiàn)并行化 三維仿真 Unity3D
【學(xué)位授予單位】:北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號(hào)】:O38;TP391.9
【目錄】:
  • 致謝5-6
  • 摘要6-7
  • ABSTRACT7-10
  • 1 引言10-22
  • 1.1 研究背景10-11
  • 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-20
  • 1.2.1 氣體爆炸模型研究現(xiàn)狀11-15
  • 1.2.2 并行計(jì)算技術(shù)研究現(xiàn)狀15-17
  • 1.2.3 模型三維仿真領(lǐng)域研究現(xiàn)狀17-20
  • 1.3 研究目標(biāo)和內(nèi)容20-21
  • 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)21-22
  • 2 基本原理綜述22-34
  • 2.1 氣體爆炸基本原理22-28
  • 2.1.1 氣體爆炸的基本形式22-23
  • 2.1.2 影響氣體爆炸的因素23-24
  • 2.1.3 氣體爆炸的基本參數(shù)24-26
  • 2.1.4 火焰燃燒加速原理26-28
  • 2.2 CPU+GPU異構(gòu)編程基本原理28-30
  • 2.3 三維仿真基本原理30-32
  • 2.3.1 層次細(xì)節(jié)技術(shù)31
  • 2.3.2 粒子系統(tǒng)31-32
  • 2.3.3 碰撞檢測(cè)32
  • 2.4 本章小結(jié)32-34
  • 3 氣體爆炸模型的建立34-44
  • 3.1 雷諾平均的N-S方程34-36
  • 3.2 湍流模型36-39
  • 3.3 燃燒模型39-41
  • 3.4 SIMPLE系列算法41-42
  • 3.5 本章小結(jié)42-44
  • 4 氣體爆炸模型的數(shù)值計(jì)算及并行優(yōu)化44-62
  • 4.1 數(shù)值計(jì)算44-52
  • 4.1.1 確定計(jì)算域及邊界條件44-45
  • 4.1.2 偏微分方程的離散45-50
  • 4.1.3 離散方程的求解50-52
  • 4.2 并行優(yōu)化及實(shí)現(xiàn)52-60
  • 4.2.1 爆炸數(shù)值方程并行化設(shè)計(jì)53-57
  • 4.2.2 并行化編程實(shí)現(xiàn)57-60
  • 4.3 本章小結(jié)60-62
  • 5 氣體爆炸模型的三維仿真62-84
  • 5.1 總體設(shè)計(jì)62-63
  • 5.2 搭建三維場(chǎng)景63-69
  • 5.2.1 外部場(chǎng)景設(shè)計(jì)63-68
  • 5.2.2 室內(nèi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)68-69
  • 5.2.3 GUI設(shè)計(jì)69
  • 5.3 三維仿真69-83
  • 5.3.1 燃?xì)庑孤┖蛿U(kuò)散效果的實(shí)現(xiàn)69-73
  • 5.3.2 燃?xì)獗ㄐЧ膶?shí)現(xiàn)73-83
  • 5.4 本章小結(jié)83-84
  • 6 效果展示及對(duì)比分析84-96
  • 6.1 效果展示84-86
  • 6.2 對(duì)比分析86-94
  • 6.2.1 真實(shí)感86-88
  • 6.2.2 準(zhǔn)確度88-93
  • 6.2.3 時(shí)間性能93-94
  • 6.3 本章小結(jié)94-96
  • 7 總結(jié)與展望96-98
  • 參考文獻(xiàn)98-102
  • 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果102-106
  • 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集106

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4 賈靜懿 毛焱 胡清煉;三維仿真 掀起線路設(shè)計(jì)變革[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2014年

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