专利名称：基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统及其开发方法
技术领域：
本发明涉及一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统及其开发方法，属于计算机辅助设计及工业设计领域。
背景技术：
利用虚拟现实仿真软件、流体计算软件及软硬件结合方式创建水泵流场计算实时仿真系统，实时反映对象流体的流场变化过程及趋势，能够为流体监测与仿真分析基础上所做的进一步研究与应用提供技术条件。传统的流体分析单纯依靠流场计算软件实现，计算周期长、每次只能求得一种工况下的流场状态，对于动态流场的适用性不强。本系统在虚拟现实软件环境内实时接收并处理时刻变化的信号参数，最终以动态视频形式实现流场状态的可视化仿真。在数字化社会发展背景下，本发明专利将虚拟现实技术与水泵流体仿真计算相结合，对于流体及相关学科的创新研究与工程应用均具有良好的市场前景。
发明内容
为了解决传统培训中存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统，其特征在于，包括
通过仪器仪表设备采集对象流体工况参数的工况采集系统；
根据工况参数分析流场运动状态并以此截取流场视频的程序判定模块；
存储经过流体计算软件计算得出的结果拼接成视频的流场数据库；
将截取视频与工况参数进行匹配输出的驱动显示模块；
进一步的技术方案
所述的工况采集系统通过传感器和测量仪表采集对象流体的各项工况参数，包括扬程、压力、流量、摆渡、温度等。工况参数既可以源自实际流场，又能由人工模拟即人为设定。所述的程序判定模块能够根据采集到的工况参数分析流场状态，同时在流场数据库中寻找最能描述流场状态的视频帧，并截取播放动态视频。所述的流场数据库存储对象流场在各种状态下的视频帧，并以连贯顺序拼接成动态视频。所述视频帧预先采用Fluent软件对流体流场进行计算得到。所述的驱动显示模块将采集到的流场工况参数，与数据库中截取播放的流场动画一同显不于上位机。—种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统的开发方法，其特征在于，包括以下步骤
I)、在对象流场中安装传感器与测量仪表或采用人为设定方式，采集流体的各项工况参数，为虚拟现实技术中的程序判定提供依据，同时传输至驱动显示模块输出。2)、在虚拟现实技术中利用编程语言开发判定程序，根据接收到的工况参数分析流场运动状态。此外，开发的流场数据库中将每一关键帧都以特定变量命名，程序根据工况参数以寻找变量名的方式调出最符合实际流场状态的视频帧。最终利用虚拟现实技术软件的动画播放功能实时显示流场变化状态。3)、将测量仪器仪表采集的流场工况参数与虚拟现实技术判定截取的流场动态视频在上位机中进行匹配式同步显示输出。所述流场数据库开发步骤包括
1)、采用Fluent流体计算软件,根据在流场中测得的工况参数确定边界条件,进一步通过流场计算得出速度矢量图、流线图等反应流场状态的单个帧；
2)、将计算得出的视频帧，以连贯的顺序无缝衔接成可视化动态视频，并对每一帧以唯一的变量名命名，以便程序检索调用关键帧和截取播放。综上所述，本系统充分利用软硬件相结合的优势，能够依靠虚拟现实技术软件接收并处理测得的参数信号，根据工况参数对时刻变化的流场状态进行实时分析，并判定、调用流场数据库中对应的关键帧后截取播放视频，配合工况参数输出进行驱动显示，具有响应及时、准确度高、过程可视化及开发成本低等优点。
图1是本发明的结构示意 图2是本发明方法的流程示意图。
具体实施例方式为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式
对本发明做进一步的介绍。如图1所示，一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统，包括
水泵流体工况采集系统，通过传感器和测量仪表采集对象流体的各项工况参数，包括扬程、压力、流量、摆渡、温度等，工况参数既可以源自实际流场，又能由人工模拟即人为设定。程序判定模块，根据采集到的工况参数分析流场状态，同时在流场数据库中寻找最能描述流场状态的视频巾贞，并截取播放动态视频；
流场数据库存储对象流场在各种状态下的视频帧，并以连贯顺序拼接成动态视频。每个视频帧预先采用Fluent软件对流体流场进行计算得到；
驱动显示模块将采集到的流场工况参数，与数据库中截取播放的流场动画一同显示于上位机。作为优选方案，上述的工况采集系统通过传感器和测量仪表采集对象流体的各项工况参数，包括扬程、压力、流量、摆渡、温度等。工况参数既可以源自实际流场，又能由人工模拟即人为设定。作为优选方案，上述的程序判定模块能够根据采集到的工况参数分析流场状态，同时在流场数据库中寻找最能描述流场状态的视频帧，并截取播放动态视频。作为优选方案，上述的流场数据库存储对象流场在各种状态下的视频帧，并以连贯顺序拼接成动态视频。所述视频帧预先采用Fluent软件对流体流场进行计算得到。作为优选方案，上述的驱动显示模块将采集到的流场工况参数，与数据库中截取播放的流场动画一同显示于上位机。一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统的开发方法，包括以下步骤
I)、在对象流场中安装传感器与测量仪表或采用人为设定方式，采集流体的各项工况参数，为虚拟现实技术中的程序判定提供依据，同时传输至驱动显示模块输出。2)、在虚拟现实技术中利用编程语言开发判定程序，根据接收到的工况参数分析流场运动状态。此外，开发的流场数据库中将每一关键帧都以特定变量命名，程序根据工况参数以寻找变量名的方式调出符合实际流场状态的视频帧。最终利用虚拟现实技术软件的动画播放功能实时显示流场变化状态。3)、将测量仪器仪表采集的流场工况参数与虚拟现实技术判定截取的流场动态视频在上位机中进行匹配式同步显示输出。所述流场数据库开发步骤包括
1)、采用Fluent流体计算软件,根据在流场中测得的工况参数确定边界条件,进一步通过流场计算得出速度矢量图、流线图等反应流场状态的单个帧；
2)、将计算得出的视频帧，以连贯的顺序无缝衔接成可视化动态视频，并对每一帧以唯一的变量名命名，以便程序检索调用关键帧和截取播放。以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统，其特征在于，包括 通过仪器仪表设备采集对象流体工况参数的工况采集系统； 根据工况参数分析流场运动状态并以此截取流场视频的程序判定模块； 存储经过流体计算软件计算得出的结果拼接成视频的流场数据库； 将截取视频与工况参数进行匹配输出的驱动显示模块。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统，其特征在于，所述的工况采集系统通过传感器和测量仪表采集对象流体的各项工况参数，工况参数既可以源自实际流场，又能由人工设定。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统，其特征在于，所述的程序判定模块能够根据采集到的工况参数分析流场状态，同时在流场数据库中寻找最能描述流场状态的视频帧，并截取播放动态视频。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统，其特征在于，所述的流场数据库存储对象流场在各种状态下的视频帧，并以连贯顺序拼接成动态视频，所述视频帧预先采用Fluent软件对流体流场进行计算得到。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统，其特征在于，所述的驱动显示模块将采集到的流场工况参数，与流场数据库中截取播放的流场动画一同显不于上位机。
6.一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统的开发方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)、在对象流场中安装传感器与测量仪表或采用人工模拟即人为设定方式，采集流体的各项工况参数，为虚拟现实技术中的程序判定提供依据，同时传输至驱动显示模块输出； (2)、在虚拟现实技术中利用编程语言开发判定程序，根据接收到的工况参数分析流场运动状态，此外，开发的流场数据库中将每一关键帧都以特定变量命名，程序根据工况参数以寻找变量名的方式调出符合实际流场状态的视频帧，最终利用虚拟现实技术软件的动画播放功能实时显示流场变化状态； (3)、将测量仪器仪表采集的流场工况参数与虚拟现实技术判定截取的流场动态视频在上位机中进行匹配式同步显示输出。
7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统的开发方法，其特征在于，所述步骤(2)流场数据库开发步骤包括 (a)、采用Fluent流体计算软件,根据在流场中测得的工况参数确定边界条件,进一步通过流场计算得出速度矢量图、流线图等反应流场状态的单个帧； (b)、将计算得出的视频帧，以连贯的顺序无缝衔接成可视化动态视频，并对每一帧以唯一的变量名命名，以便程序检索调用关键帧和截取播放。
全文摘要
本发明公开了一种基于虚拟现实技术的水泵流场计算实时仿真系统及其开发方法，用于水利研究、港口航道、航天航空等工程人员对流体进行实时监测及相关设计应用，包括流体工况采集系统、流场数据库、程序判定模块以及驱动显示模块，结合先进的虚拟现实仿真技术与流体计算软件应用，实时反映流场变化状态，具有响应及时、准确度高、过程可视化及开发成本低等优点，为实现流体流场状态的虚拟仿真与实时监测提供有利条件。
文档编号G06F17/50GK103020374SQ20121056622
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者赵立娟, 李龙华, 蔡伟 申请人:河海大学常州校区