[发明专利]一种低强度和高强度流动结构融合显示方法

说明书

本发明涉及一种低强度和高强度流动结构融合显示方法，其特征在于，包括：修改数值水气比拟中的光照强度计算公式为其中β为可调参数，为密度梯度，为全场密度梯度的最大值，σ(s)为光照强度，k(k0)为调节参数；设定参数β和k，使得绘制的低强度流动结构和高强度流动结构满足亮度差和背景亮度两方面的要求。实施本发明一种低强度和高强度流动结构融合显示方法，在数值水气比拟可视化方法的基础上，通过发展一种能够适应不同强度流场结构显示的光照模型，有效解决高强度流动结构和低强度流动结构难以融合显示的问题，为揭示流动结构之间的内在联系提供一种新的可视化工具。

技术领域

本发明涉及流场显示技术领域，更具体地说，涉及一种低强度和高强度流动结构融合显示方法。

背景技术

为了揭示流动结构之间的相互作用，需要对不同类型、不同强度的流动结构进行融合显示。Zhou等(2012)分别采用Q准则和胀量等值面的方法提取了三维旋涡和小激波，并将两者进行融合显示以揭示小激波的产生机理。Pirozzoli等(2011)则采用Ducros激波探测因子提取了激波面，采用lambda2方法提取了边界层内的涡结构，并将两者融合在一起呈现了激波/边界层干扰流场。尽管在部分流动结构的融合显示方面取得了一定的进展，但是仍然面临方法和技术的不足。Dauptain等采用的密度梯度灰度图绘制了超声速射流与平板碰撞流场。他们发现密度梯度显示区间较大时，流场中仅存在激波和大尺度旋涡等结构，随着密度梯度显示区间逐渐缩小，流场中的小尺度结构和声波开始出现，但是激波和大尺度结构却变得模糊不清。为此，他们通过改变密度梯度显示区间，绘制了三张图片才呈现出流场中的大部分流动结构信息。Huang等基于密度梯度和胀量绘制了激波抖振流场，分析发现密度梯度灰度图中能清晰分辨出激波及大尺度旋涡，而胀量灰度图对声波有较好的显示效果。Christoph等分别采用被动标量、Q准则等值面、胀量绘制了超声速射流与斜板碰撞的流场。其中，被动标量对剪切层多尺度旋涡显示效果较好，Q准则对辐射声波显示效果较好，胀量较好地呈现出撞击区的激波。

当前，在流动结构融合显示方面，存在的一个主要问题是难以实现流场中高强度结构(特指密度梯度较大的流动结构，包括激波、大尺度旋涡等)和低强度结构(特指密度梯度较小的流动结构，包括声波、小尺度旋涡等)的融合显示。在对流动结构进行可视化时，往往需要结合多种显示方法或者通过调节显示参数，绘制多张图片才能呈现出流场中的主要流动结构。流动结构的多图片显示将导致不同流动结构之间的关联关系难以发现，迫使研究人员花费大量时间和精力用于不同图片之间的对比，严重制约了研究开发效率。

因此，现有技术亟待有很大的进步。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种低强度和高强度流动结构融合显示方法，包括：

修改数值水气比拟中的光照强度计算公式为其中β为可调参数，为密度梯度，为全场密度梯度的最大值，σ(s)为光照强度，k(k0)为调节参数；

设定参数β和k，使得绘制的低强度流动结构和高强度流动结构满足亮度差和背景亮度两方面的要求。

优选地，所述低强度流动结构包括流场中的声波、弱压缩波、数值伪波。

优选地，所述高强度流动结构包括流场中的激波、大尺度旋涡。

优选地，所述低强度流动结构对应的无量纲密度梯度为s₁，s₁的数量级在10^-4以下。

优选地，所述低强度流动结构与与流场均匀区的光照强度差至少为σ₁，即：

优选地，所述高强度流动结构对应的无量纲密度梯度为s₂，s₂的数量级在10^-1～10^-2。