Моделирование течения жидкости при сжатии канала в одном направлении и удлинении в другом — различия между версиями
Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
(→top) |
(→top) |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
| − | + | [[ Курсовые_работы_по_ВМДС:_2016-2017 | Курсовые работы 2016-2017 учебного года]] > '''Моделирование течения жидкости при сжатии канала в одном направлении и удлинении в другом (elongation flow) методом динамики частиц''' <HR> | |
'''''Курсовой проект по [[Механика дискретных сред|Механике дискретных сред]]''''' | '''''Курсовой проект по [[Механика дискретных сред|Механике дискретных сред]]''''' | ||
Версия 13:20, 10 января 2017
Курсовые работы 2016-2017 учебного года > Моделирование течения жидкости при сжатии канала в одном направлении и удлинении в другом (elongation flow) методом динамики частицКурсовой проект по Механике дискретных сред
Исполнитель: Мущак Никита
Группа: 09 (43604/1)
Семестр: осень 2016
Описание задачи
Моделирование течения жидкости при сжатии канала в одном направлении и удлинении в другом (elongational flow) было произведено методом динамики частиц. Каждая частица представляет собой абсолютно упругий шар. Взаимодействие между шарами описывается потенциалом Леннарда-Джонса. Моделирование данного течения производиться в помощью периодических граничных условий Крайника-Реинельта (Kraynik-Reinelt). При которых боковые границы ячейки периодичности поворачиваются, относительно вертикального положения (Рис.1).
Ниже привеведен код граничных периодических условий Крайника-Реинельта:
Где и - это координаты частицы, и - ширина и высота ячейки периодичности. и - смещение по x b y при переходе через границы ячейки периодичности.
Программа
Текст программы на языке JavaScript:
Файл "NNNN.js" <syntaxhighlight lang="javascript" line start="1" enclose="div"> function main_particle_1(canvas_particle_1,slider_01) {
// Предварительные установки
var w_1 = canvas_particle_1.width; // Ширина рабочего поля
var h_1 = canvas_particle_1.height; // Высота рабочего поля var w = w_1/3; // Ширина ячеки периодичности var h = h_1/3;
var ctx = canvas_particle_1.getContext("2d");
this.newSystem = function() { var w_1 = canvas_particle_1.width; // Ширина рабочего поля
var h_1 = canvas_particle_1.height; // Высота рабочего поля var w = w_1 / 3; // Ширина ячеки периодичности var h = h_1 / 3; // Высота ячейки периодичности
}; var sh = -10 * 15; // Наклоненность боковых границ ячеек ее можно менять
this.set_01 = function(o) {sh = 10 * o;};
// настройка слайдеров и текстовых полей slider_01.min = -15; slider_01.max = 15; slider_01.step = 1; slider_01.value = sh/10; // начальное значение ползунка должно задаваться после min и max text_01.value = sh/10;
var s = 0; // предустановка
var s1 = 2/3 * sh; // Начальный сдвиг при переходе через гориз. границу
var se = -(2 * sh / h_1) * (h - 0.5 * h_1); // Начальный сдвиг при переходе через верт. границу
var r = 10; // Радиус частиц
var N = 10; // Число частиц можно менять
rx = new Array(); // Содержит координаты частиц по оси Х
ry = new Array(); // Содержит координаты частиц по оси У
rxI0 = new Array(); // Координаты для ячеек перидичностей - клонов
rxI1 = new Array();
rxI2 = new Array();
rxI3 = new Array();
rxI4 = new Array();
rxI5 = new Array();
rxI6 = new Array();
rxI7 = new Array();
ryI0 = new Array();
ryI1= new Array();
ryI2= new Array();
ryI3= new Array();
ryI4= new Array();
ryI5= new Array();
ryI6= new Array();
ryI7= new Array();
vx = new Array(); //Скорость по Х
vy = new Array(); //Скорость по У
vx_p = new Array();vx_m = new Array();vy_p = new Array();vy_m = new Array();
var distR0,distR2,distR3,distR;
L = new Array(); // Кинетический момент
var D = 5; // Энергия связи
var a0 = w * 0.1;
var c = 72 * D/r; // Жесткость связи частиц
var W = Math.sqrt(c);
var T = 2 * Math.PI/W;
dt = 0.03;
//0.04380741654852822
for (i = 0; i < N/2; ++i)
{
vx_p[i] = Math.random()*15;
vy_p[i] = Math.random()*15;
vx_m[i] = Math.random()*15;
vy_m[i] = Math.random()*15;
vx = vx_p.concat(vx_m);
vy = vy_p.concat(vy_m);
}
var kol = 1;
var prx = 0;
var pry = 0;
var dist= 0;
var f;
rx[0] = Math.random() * (w - 10) ;//-s;
ry[0] = Math.random() * (h - 10);
while (kol < N)
{
f = 0;
prx = Math.random() * (w - 10);//-s;
pry = Math.random() * (h - 10);
for (i = 0; i < kol; i++)
{
dist = Math.pow((rx[i] - prx),2) + Math.pow((ry[i] - pry),2);
if (dist < Math.pow(2 * a0,2))
{
f = f+1;
}
}
if (f==0)
{
rx[kol] = prx;
ry[kol] = pry;
kol++;
}
}
var steps = 0;
function step()
{
tick();
draw();
}
var vGraph = new TM_graph( // определить график
"#vGraph", // на html-элементе #vGraph
1000, // сколько шагов по оси "x" отображается
-1, 1,0.2); // мин. значение оси Y, макс. значение оси Y, шаг по оси Y
function tick()
{
for (i = 0; i < N ; i++)
{
steps += 1;
rx[i] += vx[i]*dt;
ry[i] += vy[i]*dt;
s = -(2 * sh / h_1) * (ry[i] - 0.5 * h_1);
if (rx[i] >= w - s) {rx[i] = rx[i] - w ;}
if (rx[i] <= 0 - s) {rx[i] = rx[i] + w;}
if (ry[i] >= h) {ry[i] = ry[i] - h ; rx[i]=rx[i]- 2 * se; }
if (ry[i] <= 0) {ry[i] = ry[i] + h;
rx[i]=rx[i]+2*se; }
rxI0[i] = rx[i] + w;
ryI0[i] = ry[i];
rxI3[i] = rx[i] + w +s1;
ryI3[i] = ry[i] + h;
rxI6[i] = rx[i] + w +s1 +s1;
ryI6[i] = ry[i] + 2*h;
rxI1[i] = rx[i] + 2*w ;
ryI1[i] = ry[i];
rxI4[i] = rx[i] + 2*w +s1;
ryI4[i] = ry[i] + h;
rxI7[i] = rx[i] + 2*w +s1 +s1 ;
ryI7[i] = ry[i] + 2*h;
rxI2[i] = rx[i] +s1;
ryI2[i] = ry[i] + h;
rxI5[i] = rx[i] +s1 +s1 ;
ryI5[i] = ry[i] + 2*h;
//раcсчет расстояний
for (j = 0; j < N ; j++)
{
if (i != j)
{
distR0 = Math.sqrt(Math.pow((rx[i]-rxI0[j]),2)+Math.pow((ry[i]-ryI0[j]),2));
distR2 = Math.sqrt(Math.pow((rx[i]-rxI2[j]),2)+Math.pow((ry[i]-ryI2[j]),2));
distR3 = Math.sqrt(Math.pow((rx[i]-rxI3[j]),2)+Math.pow((ry[i]-ryI3[j]),2));
distR = Math.sqrt(Math.pow((rx[i]-rx[j]),2)+Math.pow((ry[i]-ry[j]),2));
//раcсчет сил
a = 4 * r;
if (distR0 < 2*r)
{
var mod_fR0,fxR0,fyR0;
mod_fR0 = 12*D*((Math.pow(r/distR0),13)-Math.pow((r/distR0),7))/a;
//console.log(mod_fR0);
if (mod_fR0 >=0)
{
fxR0 = mod_fR0*(rx[i]-rxI0[j]);
fyR0 = mod_fR0*(ry[i]-ryI0[j]);
vx[i]+=fxR0*dt;
vx[j]-=fxR0*dt;
vy[i]+=fyR0*dt;
vy[j]-=fyR0*dt;
}
}
if (distR2 < 2*r)
{
var mod_fR2,fxR2,fyR2;
mod_fR2 = 12*D*((Math.pow(r/distR2),13)-Math.pow((r/distR2),7))/a;
if (mod_fR2 >=0)
{
fxR2 = mod_fR2*(rx[i]-rxI2[j]);
fyR2 = mod_fR2*(ry[i]-ryI2[j]);
vx[i]+=fxR2*dt;
vx[j]-=fxR2*dt;
vy[i]+=fyR2*dt;
vy[j]-=fyR2*dt;
}
}
if (distR3 < 2*r)
{
var mod_fR3,fxR3,fyR3;
mod_fR3 = 12*D*((Math.pow(r/distR3),13)-Math.pow((r/distR3),7))/a;
if (mod_fR3 >=0)
{
fxR3 = mod_fR3*(rx[i]-rxI3[j]);
fyR3 = mod_fR3*(ry[i]-ryI3[j]);
vx[i]+=fxR3*dt;
vx[j]-=fxR3*dt;
vy[i]+=fyR3*dt;
vy[j]-=fyR3*dt;
}
}
if (distR < 2*r)
{
var mod_fR,fxR,fyR;
mod_fR = 12*D*((Math.pow(r/distR),13)-Math.pow((r/distR),7))/a;
if (mod_fR >=0)
{
fxR = mod_fR*(rx[i]-rx[j]);
fyR = mod_fR*(ry[i]-ry[j]);
vx[i]+=fxR*dt;
vx[j]-=fxR*dt;
vy[i]+=fyR*dt;
vy[j]-=fyR*dt;
}
}
Array.prototype.sum = function()
{
for (var i=0, sum=0; i < this.length; sum += this[i++]);
return sum;
}
// L[i] = (rx[i] * vy[i] - ry[i] * vx[i])/6000;
var sumL = L.sum();
//график
// if (steps % 50 == 0) vGraph.graphIter(steps, sumL); // подать данные на график
//console.log(sumL);
}
}
}
}
function draw()
{
ctx.clearRect(0, 0, w_1+100 , h_1+100); // очистить экран
for (var i = 0; i < N; i++)
{
var x = rx[i];
var y = ry[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(x, y, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI0 = rxI0[i];
var yI0 = ryI0[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI0, yI0, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI1 = rxI1[i];
var yI1 = ryI1[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI1, yI1, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI2 = rxI2[i];
var yI2 = ryI2[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI2, yI2, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI3 = rxI3[i];
var yI3 = ryI3[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI3, yI3, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI4 = rxI4[i];
var yI4 = ryI4[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI4, yI4, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI5 = rxI5[i];
var yI5 = ryI5[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI5, yI5, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI6 = rxI6[i];
var yI6 = ryI6[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI6, yI6, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
var xI7 = rxI7[i];
var yI7 = ryI7[i];
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = "#00008B";
ctx.arc(xI7, yI7, r , 0, 2 * Math.PI, false);
ctx.closePath();
ctx.fill();
}
ctx.beginPath(); // начать рисование
ctx.fillStyle="#000000";
ctx.moveTo(w-sh, 0); // переместить "карандаш" в точку
ctx.lineTo(w+sh, h_1); // нарисовать "карандашом" линию до точки
ctx.stroke();
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle="#000000";
ctx.moveTo(2 * w-sh, 0);
ctx.lineTo(2 * w+sh, h_1);
ctx.stroke();
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle="#000000";
ctx.moveTo( 0- sh, 0);
ctx.lineTo( sh, h_1);
ctx.stroke();
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle="#000000";
ctx.moveTo(w_1 - sh, 0);
ctx.lineTo(w_1 + sh, h_1);
ctx.stroke();
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle="#000000";
ctx.moveTo(0, h);
ctx.lineTo(w_1, h);
ctx.stroke();
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle="#000000";
ctx.moveTo(0, 2 * h);
ctx.lineTo(w_1, 2 * h);
ctx.stroke();
}
// Запуск системы
this.newSystem();
setInterval(step, 1000/120); // функция step будет запускаться 60 раз в секунду (60 раз / 1000 мс)
}
