基于VTK程序下的锅炉炉内过程的可视化系统的开发与应用

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本文旨在探索出一条计算流体力学与科学可视化相结合的新出路,利用可不断扩充的VTK可视化软件包,开发出一种新的模拟数据的后处理方法,克服传统的后处理工具的一些弊端。本文的研究工作是以W型锅炉为基础,主要分为数值模拟和可视化系统的建立两大部分,其中数值模拟工作的目的主要为可视化系统提供所需的数据:其中数值模拟研究以Fluent软件为研究平台,通过对焦碳燃烧模型、辐射传热模型、颗粒运动和气相流动、气相湍流燃烧等模型的选取,和对模拟参数的不停调试,得到相应的温度场与速度场的分布。可视化系统以VTK开源软件包为研究平台,分别开发出了适用于工程模拟的RANS的CFD数据和适用于理论研究的DNS及LES的CFD数据的可视化系统接口,可进行面绘制和体绘制等两种基础的可视化操作,以流线、流管、流面等不同方式显示出基于流线生成算法的流场情况,并开发出三种不同的数据提取方式:利用固定的虚拟方式提取流场数据、利用可移动的虚拟方式提取流场数据和同步绘制图片。本文增加了流场的体绘制功能,真正做到了将三维温度场和速度场的完全可视化,但是体绘制对计算机的硬件要求很高;创造性的开发出不同类型CFD数据的可视化系统接口,方便了后人的应用与继续开发;新增了两种全新的提取数据的方式:比之数值模拟常用的后处理软件,利用可移动的虚拟切片提取流场数据方式,克服了一般的后处理软件只能沿X、Y、Z三个平面平行移动的限制,可以自由移动;而同步绘制功能可以根据实际需要任意改变探针的位置,只提取出所需要的那部分数据,并定义所提取数据的类型。真实的锅炉炉内过程是非常复杂的,本文的可视化系统是结合VTK进行炉内过程显示研究的一种尝试。
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