基于粒子系统的陶瓷辊道窑燃烧过程可视化方法研究

摘要

可视化作为理解复杂现象与数据的有效手段，在各个领域得到了广泛应用。其中，粒子系统方法是迄今为止用于描述不规则物体比较成功的方法之一，尤其是对边界不明显的模糊物体的模拟(例如火焰、雪花等)显示出独特的优越性。论文提出了基于粒子系统的陶瓷辊道窑火焰燃烧可视化模型，该模型主要包括火焰传播可视化模型、湍流流场可视化模型等。
　　 在对陶瓷辊道窑燃烧现象及特征进行分析的基础上，论文引入粒子系统作为燃烧可视化建模的基本方法，并介绍了粒子系统的基本原理以及面向陶瓷辊道窑火焰燃烧可视化的组成模块。论文的主要工作如下：
　　 1.在对基于粒子系统的火焰模拟方法进行研究的基础上，论文建立了一个火焰传播可视化模型并详细讨论了该模型中火焰粒子属性的初始化及其变化，包括火焰粒子的形状、大小、颜色、透明度、位置、速度、生命期等；论文还讨论了火焰粒子的运动和绘制。采用火焰粒子系统模拟燃烧火焰的运动扩展，火焰粒子的速度体现了火焰的传播速度。为了增强火焰在陶瓷辊道窑中燃烧的真实感，文章采用了纹理映射技术、混色处理技术、碰撞检测技术等。
　　 2.在分析了湍流流动特征的基础上，文章从可视化的角度出发建立了一个湍流流场可视化模型来模拟动态湍流流场。论文阐述了基于粒子系统的动态湍流模型的构建思想，并依照此模型来对陶瓷辊道窑燃烧过程中产生的湍流进行模拟，将湍流流场的运动作用到火焰传播粒子上使其运动轨迹发生改变，以此来体现燃烧中的气流运动对火焰面形状以及火焰传播速度的影响。
　　 3.论文还研究了对陶瓷辊道窑温度场及其切面进行可视化显示的方法，即通过建立一个温度—颜色映射表、将CFD计算后得到的数据按照网格划分规律导入并显示的方式来实现，并且就温度切面显示时出现的显示效果较差的问题进行了分析并提出了改进方法。
　　 文章最后介绍了上述模型实现的数据结构及功能模块，建立了一个三维交互仿真系统。论丈的研究工作对验证陶瓷辊道窑炉结构的合理性及进行设计优化具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3陶瓷辊道窑概述

1.4论文主要研究内容及结构

第2章基于粒子系统的陶瓷辊道窑燃烧火焰模拟

2.1粒子系统基本原理

2.2粒子系统基本模型

2.2.1粒子的生成

2.2.2粒子的属性及初始化

2.2.3粒子的变化及运动

2.2.4粒子的消亡

2.2.5粒子的绘制

2.3陶瓷辊道窑燃烧可视化模型

2.3.1粒子系统应用于辊道窑燃烧可视化建模的可行性分析

2.3.2陶瓷辊道窑可视化模型主要模块

2.4基于粒子系统的陶瓷辊道窑火焰燃烧可视化

2.4.1辊道窑火焰燃烧可视化定义

2.4.2火焰粒子的产生及初始化

2.4.3火焰粒子的运动

2.4.4火焰粒子的消亡

2.4.5火焰粒子的绘制

2.5陶瓷辊道窑燃烧室壁的碰撞检测

2.5.1碰撞检测概述

2.5.2火焰粒子对辊道窑燃烧室壁的碰撞检测

2.6本章小结

第3章基于粒子系统的辊道窑湍流模拟

3.1湍流概述

3.2陶瓷辊道窑仿真中湍流模型的选取

3.3基于粒子系统的陶瓷辊道窑动态湍流模型

3.3.1动态湍流模型的定义

3.3.2动态湍流的运动

3.3.3动态湍流的数据结构定义

3.4本章小结

第4章陶瓷辊道窑温度场的可视化

4.1陶瓷辊道窑温度场可视化的重要意义

4.2用于温度场可视化的温度—颜色映射表

4.3温度场、温度场切面的显示

4.3.1温度场的显示

4.3.2温度场切面的显示

4.4温度场切面的显示改进

4.5本章小结

第5章陶瓷辊道窑仿真系统实现

5.1编程工具简介

5.2系统的功能与架构

5.3仿真系统模块设计

5.3.1粒子系统模块

5.3.2温度场显示模块

5.3.3人机交互控制模块

5.4系统界面

5.5本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致 谢

附录　攻读硕士学位期间参与的科研项目和发表的论文