河道水位和流速推演仿真系统研究

发布时间：2017-06-13 09:02

  本文关键词：河道水位和流速推演仿真系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水位和流速推演作为河道仿真基础和关键的一步,直接影响了一个河道仿真系统的精确性、即时性以及适用性,一直是受到水利仿真领域关注的研究课题,目前已进行了大量的研究并获得了一定的成果。但由于河道场景复杂多变,各种水位和流速的推演方法也需要进行变化,因而在推演方法的研究上依然面临诸多挑战。研究如何提升水位和流速推演的效果,具有重要的理论意义和广泛的应用价值。本文设计了河道水位流速推演仿真系统,着重解决水位和流速推演的仿真问题,并引入了污染物的推演仿真功能,模拟污染物在河道中根据水位的变化而变化的情况,获取实验数据并进行分析,验证了本系统的有效性,为河道仿真的相关研究提供了重要的实验依据。主要工作如下：1.按照系统仿真的一般流程,介绍了系统仿真和河道仿真的基础知识。首先介绍了本文使用到的一些系统仿真的基本原理和流程,然后对河道仿真的相关建模技术和软件进行了简要介绍。最后在此基础上,深入研究和设计了构建河道水位和流速推演仿真系统的方法,并进行了相关建模。2.针对仿真河道中地形复杂多变以及即时仿真的推演效率低下的情况,设计了两种模块进行仿真推演,分别为EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)水动力接口模块和设计算法模块。其中EFDC水动力接口模块是使用EFDC水动力模型对水位和流速进行精确推演,但其迭代速度并不理想。设计算法模块使用自行推导或设计的算法进行快速推演,本文将牛顿迭代法和插值法推导出的水位和流速的推演方法引进了本文的系统中,以提高系统的推演效率,满足即时仿真的要求。3.系统主要有四个组成模块：一是数据库存取模块,二是EFDC水动力接口模块,三是设计算法模块,四是推演仿真功能模块。以本系统为实验平台进行了仿真实验,分析对比了EFDC水动力模型、牛顿迭代法以及插值法三种方法的精确性以及收敛性。实验结果表明,本系统满足河道仿真对水位和流速的精度要求以及实时性要求。
【关键词】：河道仿真 水位推演 虚拟现实 流体动力模型 牛顿迭代法 插值法
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV133;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题来源13
• 1.2 河道仿真研究背景13-14
• 1.3 河道仿真的研究现状14-17
• 1.3.1 国内外研究现状14-16
• 1.3.2 技术特点和存在的问题16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-18
• 1.4.1 目的和意义17
• 1.4.2 研究的工作内容和关键技术17-18
• 1.5 论文的组织结构18-19
• 第二章 系统仿真的基础理论19-25
• 2.1 仿真技术19
• 2.2 系统仿真的基本步骤19-22
• 2.3 河道仿真系统的流程22-23
• 2.4 仿真建模技术23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 河道水位和流速推演仿真系统的关键技术研究25-48
• 3.1 建模工具与模型研究25-29
• 3.1.1 虚拟现实软件Vega和三维建模Creater25-28
• 3.1.2 河道、水闸和污染物建模28-29
• 3.2 计算水位的算法的意义及选择依据29-30
• 3.3 EFDC水动力模型30-34
• 3.3.1 σ坐标系——边界拟合正交曲线31-32
• 3.3.2 EFDC的水动力和水质模型公式32-34
• 3.3.4 初始边界条件34
• 3.4 牛顿迭代法计算水位34-43
• 3.4.1 牛顿迭代法原理35-36
• 3.4.2 改进的牛顿迭代法36-37
• 3.4.3 河道水位计算的基本原理37-40
• 3.4.4 河道水位计算的牛顿迭代公式40-41
• 3.4.5 牛顿迭代法的收敛性分析41-43
• 3.5 插值法计算水位43-46
• 3.5.1 水位插值的基本原理43-44
• 3.5.2 牛顿插值法44
• 3.5.3 水位插值方法44-45
• 3.5.4 水位插值法推导45-46
• 3.6 流速的计算和流向的判断46-47
• 3.6.1 插值法计算段格流速46-47
• 3.6.2 流向的判断47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 河道水位和流速推演仿真系统的设计与实现48-60
• 4.1 系统的功能及软件框架结构48-50
• 4.2 系统详细设计50-59
• 4.2.1 数据库存取模块51-53
• 4.2.2 EFDC水动力接口模块53-55
• 4.2.3 设计算法模块55-57
• 4.2.4 推演仿真功能模块57-58
• 4.2.5 河道段格的数据结构58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 河道仿真结果分析60-66
• 5.1 仿真实验60-62
• 5.2 EFDC、迭代法与插值法的数据分析62-65
• 5.3 小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间发表论文71-73
• 致谢73

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