Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Диссертационная работа:

Бас Алексей Анатольевич. Программно-инструментальные средства численного моделирования пространственных турбулентных течений на территориях с промышленной и гражданской застройкой : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.18 / Бас Алексей Анатольевич; [Место защиты: Ижев. гос. техн. ун-т].- Ижевск, 2007.- 115 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/3989

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы При проектировке жилых районов возможно рассмотрение нескольких задач выявление зависимости ветрового режима от рельефа местности и взаимного расположения зданий, выяснение влияния линейных источников загрязнений на экологическую ситуацию, определение конвективного теплообмена здания в зависимости от скорости набегающего потока Данные задачи можно рассматривать как на этапе проектировки жилых районов, так и при коррекции аэраци-онного режима средствами благоустройства

Натурные наблюдения за ветровыми режимами производились в течение многих лет экспедициями Главной геофизической обсерватории им А И Воейкова В работе Е Н Романовой были описаны результаты наблюдений для различных положительных форм рельефа Результаты обтекания отрицательных форм рельефа были опубликованы в работах В С Никитина, Н 3 Битколова, Н С Смирновой

Характер обтекания моделей зданий башенного типа при различных углах атаки подробно описан в работах Ф Л Серебровского, в результате были получены эмпирические формулы аэродинамических коэффициентов для различных частей здания Для моделей линейных зданий В В Батурину и В И Эльтерману удалось найти закономерность для аэродинамического коэффициента на крыше здания Распределение давлений по поверхностям куба и различных параллелепипедов описано в работе К Прандтля X Эванс проводил испытания длины зоны аэродинамической тени в зависимости от геометрических размеров параллелепипедов, по результатам которых Э И Реттер получил приближенную формулу

В работах Э И Реттера подробно описана аэродинамика различных компоновок зданий Изучено влияние взаимного расположения зданий на аэрационный режим Так, рассмотрено влияние угла атаки ветра и расстояния (отнесенного к высоте здания) между двумя одинаковыми параллельно расположенными линейными зданиями, приведены картины изотах относительных скоростей воздуха в горизонтальном сечении, приведены таблицы средних относительных скоростей в различных областях X Эвансом рассмотрены течения при различных углах атаки для сложных Т-, П- и Ш-образных зданий Результаты аэрации компоновок из нескольких зданий различных типов, расположенных под разными углами относительно друг друга, приводятся в работах А А Комарова, В А Хохлова, Ф Л Серебровского

Важнейшим средством благоустройства городской застройки являются зеленые насаждения Они обладают звукоизолирующим свойством, замедляют воздушные потоки, на них в значительной мере оседают различные вредные примеси от городских дорог и других источников загрязнений Результаты экспериментов с макетами зеленых насаждений изложены в работах Я А Смалько, С Д Соколова, А К Дюнина

Экспериментальный подход к решению задач аэрации городской застройки основан на продувке макетов застройки в аэродинамических трубах Однако проведение эксперимента сопряжено с различными трудностями (высокая стоимость, отсутствие экспериментальной базы, достаточно продолжительное время на постановку и проведение эксперимента), и, кроме того, зачастую не позволяет детально рассмотреть происходящие процессы Создание программно-инструментальных средств, включающих модули построения конечно-разностных сеток около изучаемых объектов, систему двух- и трехмерной визуализации, и использующих метод распараллеливания вычислительного процесса по пространству, позволит на основе

имеющихся входных данных о силе ветра, взаиморасположении зданий, средств благоустройства и рельефе местности в краткие сроки получить распределение физических параметров в исследуемой области В данном исследовании предлагаются подходы к проведению вычислительного эксперимента для решения указанных задач Актуальность проблемы заключается в разработке алгоритмов численного моделирования с использованием средств современной вычислительной техники

Объектом исследования являются пространственные турбулентные течения в условиях городской застройки, математическая модель пространственных турбулентных течений

Предметом исследования являются методика численного решения уравнений гидродинамики, программно-инструментальные средства моделирования пространственных турбулентных течений в зоне городской застройки, параллельные вычислительные алгоритмы расчета турбулентных течений

Цель работы состоит в получении научно-обоснованных решений, направленных на разработку теоретических и методических положений для исследования параметров пространственных турбулентных течений в условиях городской застройки с учетом рельефа местности, что обеспечит использование обоснованных рекомендаций по улучшению аэрационных режимов и экологической обстановки территорий с промышленной и гражданской застройкой

Для достижения поставленной цели рассматривались следующие задачи

создание проблемно-ориентированных программно-инструментальных средств, включающих реализацию алгоритма численного решения задачи пространственного турбулентного течения около поверхностей со сложной геометрией на параллельных вычислительных системах,

расчет параметров турбулентных течений в зоне городской застройки, исследование изменения параметров течения в зависимости от конфигурации и взаимного расположения зданий, вариантов расположения источников загрязнений и зеленых насаждений,

разработка и применение алгоритма, позволяющего распараллеливать процесс расчета параметров турбулентных течений для уменьшения астрономического времени, необходимого на расчет, с последующим анализом ускорения сходимости в зависимости от количества клиентских компьютеров

Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, вычислительной математики и технологии объектно-ориентированного программирования

Движение вязкого несжимаемого течения описывается системой уравнений гидродинамики Турбулентная вязкость моделируется при помощи однопараметри-ческой модели А Н Секундова Дифференциальные уравнения записаны для случая криволинейной системы координат общего вида и решаются полунеявным методом для уравнений, связанных через давление {SIMPLE) на криволинейной конечно-разностной сетке с заблокированными областями и логарифмическим сгущением, построенной при помощи комплексного метода граничных элементов

Программно-инструментальные средства реализованы на алгоритмическом языке- Object Pascal Интерфейс пользователя разработан в среде программирования Borland Delphi 5 0 Реализовано распараллеливание вычислительного алгоритма С этой целью программные средства делились на три составляющие - сервер, кли-

ентское приложение и приложение для построения конечно-разностных сеток Трехмерная визуализация осуществлялась на основе технологии OpenGL

Достоверность и обоснованность полученных результатов доказана сравнением с известными экспериментальными данными и вычислительными результатами других авторов, проверкой численных алгоритмов на решении тестовых задач

На защиту выносятся:

Математическая модель для решения задач гидродинамики турбулентных течений около криволинейных поверхностей с размещенными на них объектами

Проблемно-ориентированные программно-инструментальные средства моделирования трансформации воздушных турбулентных потоков около городских территорий

Результаты расчетов и исследование параметров турбулентных течений вблизи криволинейных поверхностей с размещенными на них объектами

Параллельный алгоритм решения задач гидродинамики на вычислительных средствах с распределенными вычислительными ресурсами

Научная новизна полученных результатов определяется впервые проведенными комплексными исследованиями, направленными на разработку алгоритмов и программных средств для моделирования пространственных турбулентных течений в областях городской застройки, в ходе которых.

с помощью среды визуального программирования Delphi5 0 разработаны программно-инструментальные средства расчета уравнений гидродинамики в криволинейных областях с возможностью определения различных параметров течений в расчетной области, среднеинтегральных и поверхностных характеристик объектов и групп объектов,

проведены расчеты параметров турбулентных течений около одного или группы объектов, исследования изменения параметров течения в зависимости от конфигурации и взаимного расположения объектов, вариантов расположения источников загрязнений и средств благоустройства, позволяющие в дальнейшем давать обоснованные рекомендации по улучшению аэрационных режимов и экологической обстановки в зонах городской застройки,

построена модульная архитектура программно-инструментальных средств аэрации городской застройки, упрощающая их настройку, модификацию и использование,

разработан алгоритм распараллеливания по пространству задачи моделирования трехмерных турбулентных течений, позволяющий сократить время на получение результатов с использованием локально-вычислительной сети и современных компьютерных средств,

на основе технологии OpenGL реализованы средства визуализации, позволяющие получить двух- и трехмерные картины течений около одиночных объектов и групп объектов с возможностью настройки параметров визуализации

Практическая полезность. Полученные результаты являются новыми и дают представление об аэрационных режимах зданий Разработанные методики и комплекс программ позволяют моделировать течения воздуха около зданий и детально исследовать особенности процесса в зависимости от параметров внешнего течения Работа выполнена по заданию Министерства образования и науки РФ в рамках НИР

l.l 1.05 Д- «Математическое моделирование пространственных турбулентных течений в областях со сложной геометрией».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных научно-технических конференциях И конгрессах: 4й международной конференции «Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон» (С.Петербург, 2002); The Vlll-th International symposium on integrated application of environmental and information technologies (Хабаровск, 2002);научно-практической конференции «Высокие технологии в механике» (Ижевск, 2002}; IV научно-технической конференции с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2003); международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы механики» (Хабаровск, 2003); Научно-техническом форуме с международным участием «Высокие технологии-2004» (Ижевск, 2004); VI Международном конгрессе по математическому моделированию (Нижний Новгород, 2004); школе-конференции «Теория динамических систем в приоритетных направлениях науки и техники» (Чайковский, 2006).

Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе: 2 тезиса докладов, 13 статьей в журналах и сборниках. Автор имеет 3 научных труда s изданиях, выпускаемых в РФ и рекомендуемых ВАКом для публикации основных результатов диссертаций.

Структура и объем работы. Объем диссертации составляет 115 страниц, включая 78 рисунков. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 105 наименований.

Подобные работы
Горитов Александр Николаевич
Методы, алгоритмы и программные средства моделирования управляемых механических систем в условиях неполной информации о внешней среде
Обыденник Владимир Анатольевич
Моделирование средств связи и процесса диагностирования на основе логических моделей в интересах их практического освоения
Ганеев Ранас Мударисович
Математические методы, способы и программные средства моделирования физических процессов в нестационарных условиях на основе управляемых фазовых координат
Тормасов Александр Геннадьевич
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ И ДАННЫМИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ И ВИРТУАЛИЗОВАННЫХ СРЕДАХ
Меньшикова Анастасия Александровна
Инструментальные средства моделирования учебных мультимедиа комплексов
Шугаев Вадим Игоревич
Математическое моделирование средств инфотелекоммуникационной системы при идентификации их состояний по комплексному показателю
Зайченко Татьяна Николаевна
Методы, алгоритмы и программные средства моделирования электротехнических устройств и систем
Макарцова Екатерина Алексеевна
Средства моделирования и численные методы в задаче формирования начального расписания занятий
Суетин Михаил Валерьевич
Программно-инструментальные средства численного моделирования процессов адсорбции, хранения и десорбции водорода статическими и динамическими наноструктурами
Аксенов Константин Александрович
Исследование и разработка средств имитационного моделирования дискретных процессов преобразования ресурсов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net