平面二维水流数学模型可视化系统的研究及应用

摘要

在水利工程中，数学模型具有极为重要应用价值，但数学模型也有表达不直观，数据处理繁杂等缺点，这极大程度的制约了数学模型的发展，如何以开放、友好的界面，生动逼真的演示效果展示数值模拟成果将是数模计算的重要研究方向。科学计算可视化技术的出现可以很好解决这一不足。本文结合科学计算可视化技术对数学模型后处理进行了相关研究，主要取得了以下成果： (1)在研究平面二维水流数学模型可视化的基础上，研制了平面二维水流数学模型可视化系统。实现了正交曲线网格的自动生成、绘制、地形数据的读取等功能，图形绘制模块实现了流场、流线、等值线等动态可视化的制作和显示。 (2)利用对Surfer、tecplot、Autocad的二次开发，解决了流场、等值线图形绘制效果不佳的缺陷。 (3)利用混合编程技术和二次开发技术突破了不同程序语言、不同应用软件之间通讯和接口问题。 (4)利用可视化技术对Office Excel进行二次开发，创新的解决了实际工程中人工读取地形等数据可能出现的误差，并能将修正后的数据转化为数学模型所需要的计算数据格式。 (5)该系统利用VB编程，并给出了Windows风格的菜单、工具栏及窗口操作简单，界面友好、可视化程度高。

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第一章绪论

1.1选题的意义及研究思路

1.2水流数值模拟研究现状

1.3科学计算可视化概述及研究现状

1.4国内外水流数值模拟与可视化系统集成研究现状

1.4.1国外研究现状

1.4.2国内研究现状

1.5主要研究内容

第二章本文采用的平面二维水流数学模型简介

2.1概述

2.2贴体正交曲线坐标网格生成

2.2.1网格生成

2.2.2调节因子取值范围的确定

2.3贴体正交曲线坐标网格下的二维水流数学模型

2.3.1控制方程

2.3.2控制方程离散和求解

2.3.3边界条件及动边界处理

2.4模型验证

2.4.1工程概况

2.4.2初始边值条件

2.4.3糙率的选取

2.4.4计算结果分析

2.5本章小结

第三章平面二维水流数学模型可视化技术

3.1可视化技术概述及本文研究重点

3.2流场可视化

3.2.1流场生成原理

3.2.2基于VB和AutoCAD的流场图绘制

3.3基于Tecplot动态流场可视化

3.3.Trecplot可视化软件简介

3.3.2 Tecplot动态流场可视化的实现

3.3.3基于Tecplot动态流场可视化的程序实现

3.4等值线可视化

3.4.1引言

3.4.2 Surfer简介及基本原理

3.4.3 VB与Surfer自动化接口的实现

3.5本章小结

第四章水流数值模拟与可视化集成系统的开发

4.1概述

4.2计算模块的集成

4.2.1 Fortran与ViusalBasic混合编程简介

4.2.2混合编程技术概述

4.2.3混合编程模式

4.2.4 VisualBasic与Fortran混合编程的接口规范

4.2.5 VB与fortran接口的实现

4.3其他关键技术问题

4.3.1多线程技术

4.3.2 AutoCAD对DXF文件的操作

4.4平面二维水流可视化系统的开发

4.4.1地形数据检查

4.4.2建模参数检查及参数输入

4.4.3网格生成

4.4.4地形插值

4.4.5数模计算

4.4.6流场图绘制

4.4.7等值线图绘制

4.4.8动态演示及计算过程可视化

4.5本章小结

第五章 平面二维水流数学模型可视化系统的应用

5.1工程概况

5.2数据处理

5.3参数输入及检查

5.4网格生成

5.5地形插值

5.6数模计算

5.7流场图绘制

5.8等值线绘制

5.9动态演示

5.7小结

第六章主要结论与研究展望

6.1主要结论

6.2研究展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果