【摘要】：在研究自然界水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及海洋、河流開發(fā)利用的相關(guān)問題時(shí),數(shù)值模擬計(jì)算具有費(fèi)用低廉、周期短、效率高以及計(jì)算參數(shù)方便修改設(shè)定等優(yōu)點(diǎn),在工程實(shí)際中應(yīng)用越來越廣泛。建模、數(shù)值計(jì)算方法以及流場(chǎng)分析是數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行水動(dòng)力研究的重要手段。本文對(duì)水動(dòng)力數(shù)值模擬過程中所涉及的建模方法、數(shù)值模擬方法、流場(chǎng)可視化等問題進(jìn)行了詳細(xì)的剖析,提出并實(shí)現(xiàn)了全面的水動(dòng)力數(shù)值模擬解決方案,彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的水動(dòng)力數(shù)值模擬系統(tǒng)集成性差,界面不夠友好,可視化程度不高等方面的不足。本文的主要研究成果概況如下:(1)實(shí)現(xiàn)了高效、可靠的水動(dòng)力數(shù)值模擬自動(dòng)化建模算法。通過DXF文件作為媒介與AutoCAD進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,用以讀取計(jì)算域數(shù)據(jù)。河網(wǎng)流域類模型采用間隔函數(shù)法進(jìn)行網(wǎng)格劃分,使網(wǎng)格劃分相對(duì)均勻,設(shè)計(jì)了智能化的剖面插值算法方便剖面數(shù)據(jù)準(zhǔn)確輸入。平面二維、自由表面三維等類型模型采用Bowyer-Watson逐點(diǎn)插入算法的Delaunay網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行平面網(wǎng)格劃分,使網(wǎng)格劃分具有更強(qiáng)的靈活性。利用Google earth二次開發(fā)技術(shù)下載地形數(shù)據(jù),作為獲取地形的輔助手段。采用克里金插值方法進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)插值,能夠在實(shí)際的應(yīng)用中,保持對(duì)起伏地形插值的穩(wěn)定。(2)闡述了封裝在Hydroinfo中的水動(dòng)力數(shù)值模型,包括流域河網(wǎng)模型、平面二維、自由水面三維以及多維耦合模型。表明Hydroinfo能夠根據(jù)實(shí)際需求處理河流、海洋等水流及輸運(yùn)量數(shù)值模擬相關(guān)的問題。(3)基于WPF技術(shù),構(gòu)建了三維流場(chǎng)可視化平臺(tái)。從繪制三維圖形的基本步驟出發(fā),在實(shí)現(xiàn)了三維邊界、三維地形、三維網(wǎng)格等基本三維圖形的展示的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了歐拉描述的三維表面流場(chǎng)、多剖面流場(chǎng)、水位等標(biāo)量場(chǎng)以及三維動(dòng)畫模擬。表面流場(chǎng)展示能夠追蹤自由水面,更加直觀形象的展示水位的變化,交互式的流場(chǎng)疏密算法,使得流場(chǎng)的疏密控制更加靈活。置于原計(jì)算域的多剖面流場(chǎng)展示,有效的體現(xiàn)流場(chǎng)的垂向特性。通過高效的粒子追蹤算法,以示蹤球以及標(biāo)識(shí)點(diǎn)跡線的方式表現(xiàn)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,獲得拉格朗日流場(chǎng),并伴有高效的動(dòng)畫模擬。(4)提出了耦合水動(dòng)力數(shù)值模擬功能的WEBGIS平臺(tái)。進(jìn)行了基于Web進(jìn)行大型的水動(dòng)力數(shù)值模擬計(jì)算的嘗試,為普通計(jì)算機(jī)用戶進(jìn)行數(shù)值模擬研究提供了渠道。水動(dòng)力模型封裝在可執(zhí)行文件中待調(diào)用。地圖服務(wù)基于Silverlight技術(shù)從底層開發(fā),不借助其他二次開發(fā)接口。在構(gòu)建基本矢量地圖圖層的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一維動(dòng)態(tài)粒子追蹤算法以及二維流場(chǎng)顯示算法,實(shí)現(xiàn)了異步刷新的高效流場(chǎng)動(dòng)畫模擬,同時(shí)解決了動(dòng)畫閃屏問題。(5)詳細(xì)的討論了水動(dòng)力一體化解決方案(Hydroinfo)的開發(fā)過程。在系統(tǒng)需求分析的基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)的功能體系以及流程進(jìn)行設(shè)計(jì),提出了系統(tǒng)的框架。詳細(xì)的闡述了數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過程,各個(gè)數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)以及表之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì),以及各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)及開發(fā)實(shí)現(xiàn)。提出計(jì)算過程可視方法,在常規(guī)僅有計(jì)算進(jìn)度提示的基礎(chǔ)上,擴(kuò)展到整個(gè)流場(chǎng)的可視化。圖形用戶界面借鑒典型的Windows風(fēng)格進(jìn)行設(shè)計(jì),布局簡(jiǎn)單清晰、明了,形成了友好的界面風(fēng)格。(6)以珠江河網(wǎng)水流模擬、甌江河口潮流場(chǎng)模擬以及渤海海冰生消模擬為例,論證了 Hydroinfo軟件體系在解決工程應(yīng)用問題的有效性以及實(shí)用性。研究表明,Hydroinfo能夠全面的覆蓋水流的數(shù)值模擬過程中涉及的各個(gè)環(huán)節(jié),顯示了 Hydroinfo是集建模、計(jì)算、后處理有機(jī)的整體。系統(tǒng)集成了流域河網(wǎng)與管網(wǎng)、二維水流泥沙波浪問題、三維自由水面流動(dòng)、耦合問題、流動(dòng)與輸運(yùn)問題等數(shù)值模型。根據(jù)用戶選擇引導(dǎo)到不同的建模模塊、計(jì)算模塊以及分析模塊。交互性較好的向?qū)浇＝缑?使得建模過程簡(jiǎn)單高效。由于計(jì)算過程可視,使得整個(gè)計(jì)算過程可控。用戶能夠隨時(shí)分析流場(chǎng),而不用等到計(jì)算結(jié)束,以便及時(shí)的調(diào)整計(jì)算參數(shù),提高了工作效率。后處理不僅實(shí)現(xiàn)了一維標(biāo)量場(chǎng)、二維矢量場(chǎng)和標(biāo)量場(chǎng)的可視化而且實(shí)現(xiàn)了三維流場(chǎng)的可視化。由于集成的模型類型多樣,Hydroinfo的適用范圍比較廣,不受空間尺度的限制。
【圖文】：

在工程應(yīng)用中的實(shí)用性。實(shí)踐表明Ｈｙｄｒｏｉｎｆｏ不受尺度限制，應(yīng)用范圍較廣。逡逑最后，歸納了本文的主要研究成果，并展望了未來需要進(jìn)一步深入研究的問題。逡逑本文由７章組成，如圖１．２表示各章節(jié)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。逡逑－１７－逡逑

也很容易通過高級(jí)編程語言讀寫。逡逑２．１．１邋ＤＸＦ文件結(jié)構(gòu)逡逑ＤＸＦ文件包含６個(gè)段（ＳＥＣＴＩＯＮ）和１個(gè)文件結(jié)尾［１１７］，其順序結(jié)構(gòu)如圖２．１。逡逑－１９－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV131.2

【參考文獻(xiàn)】

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