CN106446482A - 一种流体模拟系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体模拟系统和方法,所述流体模拟系统包括标识球和定位系统。本发明的流体模拟系统和方法能够使用标识球模拟流体粒子运动,结合各种流体公式,能更科学的表述流体的运动情况。
Description
技术领域
本发明涉及流体模拟技术领域,具体涉及一种流体模拟系统和方法。
背景技术
流体,是与固体相对应的一种物体形态,是液体和气体的总称.由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的,它的基本特征是没有一定的形状并且具有流动性。
目前的流体模拟,主要使用计算机流体模拟,套用流体在不同状态下的公式进行研究,通过物理现象、方程和计算机图形学的模拟方法来模拟海洋、河流、大气、烟雾等场景。
自然场景模拟特别是流体模拟的重要应用,具有重要的研究意义,它被广泛地应用于现实生活中许多领域,包括:科学研究、影视特效、电脑游戏、灾难营救、科普教育、体育竞技、军事仿真、环境保护等应用领域。
因此,许多流体模拟研究者主要研究如何在计算机中模拟更真实的流体,如何绘制更真实的流体以及如何使得模拟速度更快。由于现实的流体在自然界中存在着多种多样的流体环境氛围,因此单一使用计算机模拟存在着一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体模拟系统和方法,本发明的系统和方法能够解决流体粒子标识问题,在流体运动中,对流体粒子标识问题;流体粒子的空间定位,在模拟流体运动中,对流体粒子空间定位问题;流体粒子的空间运动轨迹,在模拟流体运动中,粒子在空间运动轨迹标记问题;流体数据模型的矫正,在模拟流体运动中,流体数据模型矫正的问题。
为实现上述目的,本发明提供一种流体模拟系统,所述流体模拟系统包括标识球和定位系统。
优选地,所述标识球包括中空的壳体、位于所述壳体表面的指示灯、位于所述壳体内部的集成模块和浮力装置,所述壳体能够反射电磁波、激光、声波或无线电波,或者具有反射电磁波、激光、声波或无线波的涂层;所述集成模块包括电池和用于被所述定位系统定位的定位器,所述浮力装置包括气囊和压力传感器;所述电池与所述定位器以及指示灯电连接,所述气囊位于所述壳体外侧,所述集成模块还包括控制模块,所述控制模块包括存储系统和处理系统;压力传感器一端连接外部,测定外部压力,将压力转换成电信号并传给控制模块。
优选地,所述集成模块还包括用于给所述电池充电的无线充电器,所述无线充电器位于所述壳体内部且与所述电池电连接。
优选地,所述标识球还包括交互系统和存储器。
优选地,所述交互系统为无线通信方式,所述交互系统为非接触式IC装置或射频装置、Zigbee系统、蓝牙系统、WI-FI系统、移动通信或数传电台。
优选地,所述定位系统包括GPS系统、北斗系统、Zigbee定位系统、UWB定位系统、WIA-PA定位系统、射频定位、电磁定位系统、声波定位系统或激光定位系统。
本发明还提供一种流体模拟方法,所述模拟方法包括:(1)在所需要模拟的区域,根据不同定位系统,建立相应的基站,使基站扫描区域或信号区域覆盖所需要模拟的区域;(2)在模拟区域,按照模拟需求,采取相应的方法释放标识球;(3)定位系统开始标记并记录标识球的位置,释放标识球;(4)根据模拟时间要求,记录并标记标识球在规定时间内的位置和运动轨迹;(5)定位系统通过所获取的标识球位置,结合相应计算公式,得出所模拟流体的运动趋势和轨迹;(6)完成相应模拟后,收回所释放的标识球。
优选地,步骤(2)中释放标识球的方法包括:
在单点位按数量方式如下:
1、一次性集中释放全部;
2、等间隔定量释放一定数量;
3、等间隔增加或减少释放一定数量;
4、连续释等量放一定数量;
5、连续增加或减少释放一定数量;
按照点位方式如下:
1、单点释放;
2、多点释放;
3、线性释放,即在规定的直线或曲线释放;
4、面型释放,即在规定区域均匀分布或者非均匀分布释放;
按照时间方式:
1、单次释放;
2、等间隔释放或非等间隔释放;
3、单位时间内连续释放或等间隔连续释放;
4、单位时间内递增或递减释放。
优选地,步骤(5)中所述计算公式包括菲克定律积分公式、质量平均速度计算公式、摩尔平均速度公式、菲克第一定律、双组份混合物的连续性方程、菲克第二定律、层流与湍流的浓度边界层方程和湍流扩散方程。
本发明具有如下优点:
1、适应性好,相对于数据公式模型有着更好的适应性,不受自然环境影响。
2、可以直观的观察水体和大气流动情况;
3、适应夜间观察,独有的指示灯系统,能够在夜晚进行模拟。
4、无线连接体系,采用无线充电和数据传输,保证了标识球的密封效果,可以适应气体和液体的模拟。
5、使用标识球模拟,结合各种流体公式,能更科学的表述流体的运动情况。
附图说明
图1是本发明提供的标识球一种具体实施方式的结构示意图(水中)。
图2是本发明提供的标识球一种具体实施方式的结构示意图(空中)。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1-2所示,本发明提供一种流体模拟系统,所述流体模拟系统包括标识球和定位系统。一种具体实施方式,所述标识球包括中空的壳体1、位于所述壳体1表面的指示灯2、位于所述壳体1内部的集成模块和浮力装置,所述壳体1能够反射电磁波、激光、声波或无线电波,或者具有反射电磁波、激光、声波或无线波的涂层;所述集成模块包括电池3和用于被所述定位系统定位的定位器4,所述浮力装置包括气囊5和压力传感器7;所述电池3与所述定位器4以及指示灯2电连接,所述气囊5位于所述壳体1外侧,所述集成模块还包括控制模块11,所述控制模块11包括存储系统和处理系统;压力传感器7一端连接外部,测定外部压力,将压力转换成电信号并传给控制模块11(例如PLC、单片机形式。)。图1与图2的区别在于,图2中气囊的尺寸较大,因此能够升入空中,以模拟气体的运动。而图1中气囊较小能够浮在水面上或者沉入水中,以模拟液体的运动。
一种具体实施方式,如图1和2所示,为了使标识球能够保持扩散的状态并将信号传输给地面,所述集成模块还包括用于给所述电池3充电的无线充电器8(例如可以为ORICOWRC-IP5型),所述无线充电器8位于所述壳体1内部且与所述电池3电连接。
为了方便传递信号,所述标识球还可以包括交互系统9,为了方便记录信息,所述交互系统为无线通信方式,所述交互系统为非接触式IC装置或射频装置、Zigbee系统、蓝牙系统、WI-FI系统、移动通信或数传电台。所述标识球还可以包括存储器10。
定位系统是本领域技术人员熟知的,一般手机会自带GPS定位器,例如,GPS系统、北斗系统、Zigbee定位系统、UWB定位系统、WIA-PA定位系统、射频定位、电磁定位系统、声波定位系统或激光定位系统,具体地:
1、电磁定位,定位功能是利用了电磁波反射的延时进行判断;
电磁定位在本发明中的应用为,建立多个电磁发射或接受基站,基站点位监测区域覆盖所需要定位的区域,标识球表面覆盖电磁波反射涂层或内置电磁波发射端,通过反射电磁波或接收到的电磁波,定位标识球。
2、声波定位,利用声波在水下的传播特性,通过电声转换和信息处理进行定位。
声波定位在本发明中的应用为,建立多个声波发射或接受基站,基站点位监测区域覆盖所需要定位的区域,标识球表面覆盖声波反射涂层或内置声波发射端,通过反射声波或接收到的声波,定位标识球。
3、激光定位,发射一个激光信号,根据收到从物体反射回来的信号的时间差来计算这段距离,然后根据发射激光的角度来确定物体和发射器的角度,从而得出物体与发射器的相对位置。
激光定位在本发明中的应用为,建立多个激光基站,基站点位监测区域覆盖所需要定位的区域,标识球表面覆盖激光反射涂层,通过接收到的反射光,定位标识球。
4、无线定位,该技术通过对无线电波的一些参数进行测量,根据特定的算法来判断被测物体的位置。测量参数一般包括无线电波的传输时间、幅度、相位和到达角等。定位精度取决于测量的方法。从定位原理的角度来看,定位技术大致可以分为三种类型:基于三角关系和运算的定位技术、基于场景分析的定位技术和基于临近关系的定位技术。该技术通过建立无线基站,基站信号覆盖所需要定位的区域,基站与标识球的无线模块进行信息交换,从得出标识球的定位信息。
5、卫星定位。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的,卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰,这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距(PR):当GPS卫星正常工作时,会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。当用户接受到导航电文时,提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离,再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置,用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
6、小范围定位。Zigbee技术、UWB技术、WIA-PA技术、射频技术,建立小范围的无线信号基站,通过计算无线信号的各项参数,对基站信号范围内的标识球进行定位。
下面结合附图提供本发明的流体模拟系统的具体实施方式,但是并不因此而限制本发明。
流体模拟过程如下:
1、在所需要模拟的区域,根据不同定位方法,建立相应的基站,使基站扫描区域或信号区域覆盖所需要模拟的区域。
2、在模拟区域,按照模拟需求,采取不同的方法释放标识球。
3、释放标识球,定位系统开始标记并记录标识球的位置。
4、根据模拟时间要求,记录并标记标识球在规定时间内的位置和运动轨迹。
5、定位系统通过所获取的标识球位置,结合相应计算公式,得出所模拟流体的运动趋势和轨迹。
6、完成相应模拟后,收回所释放标识球。
7、具体实例例如,模拟湖面油污扩散。首先在湖面周围建立无线信号基站,然后在湖面规定点位,根据模拟油污的量,集中释放600到1000个标识球,记录所有标识球在15至48小时的运动轨迹。最后模拟系统通过计算标识球运动轨迹结合菲克定律积分公式,得出油污在相应时间内扩散面积。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种流体模拟系统,所述流体模拟系统包括标识球和定位系统。
2.根据权利要求1所述的流体模拟系统,其特征在于,所述标识球包括中空的壳体(1)、位于所述壳体(1)表面的指示灯(2)、位于所述壳体(1)内部的集成模块和浮力装置,所述壳体(1)能够反射电磁波、激光、声波或无线电波,或者具有反射电磁波、激光、声波或无线波的涂层;所述集成模块包括电池(3)和用于被所述定位系统定位的定位器(4),所述浮力装置包括气囊(5)和压力传感器(7);所述电池(3)与所述定位器(4)以及指示灯(2)电连接,所述气囊(5)位于所述壳体(1)外侧,所述集成模块还包括控制模块(11),所述控制模块(11)包括存储系统和处理系统;压力传感器(7)一端连接外部,测定外部压力,将压力转换成电信号并传给控制模块(11)。
3.根据权利要求2所述的流体模拟系统,其特征在于,所述集成模块还包括用于给所述电池(3)充电的无线充电器(8),所述无线充电器(8)位于所述壳体(1)内部且与所述电池(3)电连接。
4.根据权利要求2所述的流体模拟系统,其特征在于,所述标识球还包括交互系统(9)和存储器(10)。
5.根据权利要求4所述的流体模拟系统,其特征在于,所述交互系统为无线通信方式,所述交互系统为非接触式IC装置或射频装置、Zigbee系统、蓝牙系统、WI-FI系统、移动通信或数传电台。
6.根据权利要1所述的流体模拟系统,其特征在于,所述定位系统包括GPS系统、北斗系统、Zigbee定位系统、UWB定位系统、WIA-PA定位系统、射频定位、电磁定位系统、声波定位系统或激光定位系统。
7.一种流体模拟方法,其特征在于,所述模拟方法包括:
(1)在所需要模拟的区域,根据不同定位系统,建立相应的基站,使基站扫描区域或信号区域覆盖所需要模拟的区域;
(2)在模拟区域,按照模拟需求,采取相应的方法释放标识球;
(3)定位系统开始标记并记录标识球的位置,释放标识球;
(4)根据模拟时间要求,记录并标记标识球在规定时间内的位置和运动轨迹;
(5)定位系统通过所获取的标识球位置,结合相应计算公式,得出所模拟流体的运动趋势和轨迹;
(6)完成相应模拟后,收回所释放的标识球。
8.根据权利要求7所述的模拟方法,其特征在于,步骤(2)中释放标识球的方法包括:
在单点位按数量方式如下:
1.一次性集中释放全部;
2.等间隔定量释放一定数量;
3.等间隔增加或减少释放一定数量;
4.连续释等量放一定数量;
5.连续增加或减少释放一定数量;
按照点位方式如下:
1.单点释放;
2.多点释放;
3.线性释放,即在规定的直线或曲线释放;
4.面型释放,即在规定区域均匀分布或者非均匀分布释放;
按照时间方式:
1.单次释放;
2.等间隔释放或非等间隔释放;
3.单位时间内连续释放或等间隔连续释放;
4.单位时间内递增或递减释放。
9.根据权利要求7所述的模拟方法,其特征在于,步骤(5)中所述计算公式包括菲克定律积分公式、质量平均速度计算公式、摩尔平均速度公式、菲克第一定律、双组份混合物的连续性方程、菲克第二定律、层流与湍流的浓度边界层方程和湍流扩散方程。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |