圓柱繞流的動態(tài)模擬研究

趙慧敏，束 兵

（1.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院，安徽 合肥 230009；2.安徽省水利科學研究院，安徽 合肥 230009）

圓柱繞流存在于航空、土木、水利、海洋等眾多工程領(lǐng)域。因此，對圓柱繞流進行深入研究，并且使用合適的方法控制其中的不利因素，減少繞流中的損失，具有很高的工程應用價值。

本文利用VB和surfer軟件模擬均勻來流繞固定圓柱的流動生成矢量圖對圓柱繞流問題進行可視化顯現(xiàn)及動態(tài)演示。Visual Basic（VB）是以時間驅(qū)動作為運行機制的新一代可視化程序設(shè)計語言[1]，具有強大的圖形用戶界面和編譯功能，它的可視化編程環(huán)境的所見即所得功能，使界面設(shè)計變得簡單直觀[2]。

1 基本原理

聯(lián)系VB與Surfer的紐帶是ActiveX。ActiveX自動化（OLE自動化）協(xié)議是一種允許一個應用程序（控制端）去控制另一個應用程序（服務器端）的協(xié)議。Surfer軟件提供了ActiveX自動化對象，因而允許VB調(diào)用Surfer的每個功能[3]。

取得圓柱繞流數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)后，編程按照Surfer要求的格式自動生成.xls（或.dat）數(shù)據(jù)文件，用VB編譯運行環(huán)境啟動Surfer后臺服務，讀取數(shù)據(jù)文件，制作數(shù)據(jù)可視化圖形，再將圖形輸出為一定的圖片格式，最后將圖片下載至應用程序界面中相應的PictureBox顯示區(qū)動態(tài)顯示。在VB 所生成的界面上點擊各種功能按鈕，不需再手工點擊Surfer 命令，就可完成數(shù)據(jù)網(wǎng)格化、圖形自動生成、圖形動態(tài)演示全部過程。

圖1：動態(tài)模擬工作流程圖

2 圖形的自動生成和顯示

由于 Surfer 支持 ActiveX自動化服務器端協(xié)議，因而在 VB 應用程序中創(chuàng)建了 Surfer的ActiveX對象后就可以使用這個對象所包含的各種方法和屬性來實現(xiàn)對 Surfer的調(diào)用[5]。在Windows注冊表中，Surfer的ActiveX對象名為

“Surfer.Application”。

Private Sub Command1_Click ()

i = InputBox("請輸入個數(shù)")

For i = 0 To i Step 5

TX (i) = i

'生成 Surfer模塊

Dim SurferApp As Object

SetSurferApp=CreateObject ("Surfer.Application")

SurferApp.Visible = true

'生成一個Surfer繪圖文檔，并指定其變量名為Doc

Dim doc As Object

Set doc = SurferApp.Documents.Add ()

'給變量Plot window指定一個新的繪圖窗口

Dim plotWindows As Object

Set plotWindows = doc.Windows (1)

'設(shè)置路徑

'用克立格法將資料內(nèi)插到格點上

'用.bln文件去掉邊界外的數(shù)據(jù)

retvalue = SurferApp.Gridblank(ingrid：=path +grid1, _

blankfile：=path+"白化文件.bln", outgrid：=path+ grid1)

retvalue = SurferApp.Gridblank(ingrid：=path +grid2, _

blankfile：=path+"白化文件.bln", outgrid：=path+ grid2)

'生成矢量圖，并指定其變量名為mapi

Dim mapi As Object

Set mapi = doc.Shapes.AddVectorMap (path +grid1, path + grid2)

'將矢量圖屬性指定給變量VectorMap

Dim VectorMap As Object

Set VectorMap = mapi.Overlays("Vectors")

'生成基面圖，并指定其變量名為map

Dim bmapi As Object

Set bmapi = doc.Shapes.Addbasemap(path + "圓BLN.bln")

'將等值線圖形屬性指定給變量basemap

Dim basemap As Object

Set basemap = bmapi.Overlays(1)

'將圖形合并

doc.Shapes.SelectAll

Set MapAll = doc.Selection.OverlayMaps

'輸出圖形文件

3 調(diào)控Surfer動態(tài)演示圖形

由于Surfer8.0本身的限制，生成的圖形并不能直接在Surfer8.0動態(tài)顯示，所以要先輸出為其它格式的圖片（例如.bmp），再用VB調(diào)用動態(tài)顯示。當然，圖片格式也可以為其它格式，但需要對下列程序中的相應部分稍作修改。在VB中新建一窗體Forml，

從中加人Picture和Timer控件，并設(shè)立Picture 1－Autosize－true。

在代碼窗口輸人如下程序代碼：

4 結(jié)束語

從研究結(jié)果來看，當均勻來流遇到圓柱時，上下游流速分布的對稱性消失，繞圓柱附近流動的流體，在達到邊緣中心點之前離開圓柱，在圓柱體后面出現(xiàn)兩個附著渦，渦內(nèi)流體不斷循環(huán)，圓柱兩側(cè)交替地發(fā)生旋渦發(fā)射，這種交替發(fā)生的旋渦，導致周期性橫向力的產(chǎn)生，迫使柱體振動，例如大氣繞過高煙囪和高塔設(shè)備流動時，就會使其發(fā)生振動，并有可能造成危險。本文利用 VB和surfer軟件實現(xiàn)了圓柱繞流問題的可視化及動態(tài)演示，為圓柱繞流問題的研究提供了更為直觀的理論支持，更有利于解決圓柱繞流問題對工程實際的不利影響。

[1]周靄如, 官士鴻.Visual Basic程序設(shè)計教程[M].北京：清華大學出版社, 2003.

[2]張樹兵, 戴紅, 陳哲.Visual Basic 6.0 中文版入門與提高[M].北京：清華大學出版社, 1999.

[3]尼建軍, 張學宏.Surfer7.0嵌入 VB 6.0編程實現(xiàn)水文數(shù)據(jù)快速可視化[J].海洋測繪, 2005(1)：65-66.

[4]張麗莉, 吳健生, 劉波.地學三維曲面動態(tài)顯示軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程, 2003 (12)：13-14.