本發(fā)明涉及水景設(shè)計(jì)，特別涉及一種基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、水景作為城市景觀建設(shè)中的一個(gè)活躍因素起著重要的作用。水景是工程技術(shù)與藝術(shù)設(shè)計(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物，現(xiàn)代景觀設(shè)計(jì)理念及其設(shè)計(jì)和技術(shù)方法對水景的發(fā)展帶來了前所未有的變革，其中最為重要的表現(xiàn)便是設(shè)計(jì)理念方面的發(fā)展，目前大多處于粗放型發(fā)展?fàn)顟B(tài)，同時(shí)目前水景設(shè)計(jì)一直停留在感性的主觀層面上，強(qiáng)調(diào)靈感式的設(shè)計(jì)方法，偏藝術(shù)而輕科學(xué)。

2、相關(guān)技術(shù)中，在水景的設(shè)計(jì)方面，以用戶的需求和立意為核心，水景則以水道布置和圍繞著水道的景觀為主體，通過這些主體滿足用戶的設(shè)計(jì)需求，對于水流緩急、水花位置和水花狀態(tài)，則在設(shè)計(jì)水道的時(shí)候直接按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)對應(yīng)落差和水道內(nèi)結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致水道造型美觀，但實(shí)際完工后，因?yàn)樗鞔嬖谝馔鉃R出水道、水花狀態(tài)在指定位置難以滿足需求等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提供一種基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)方法，旨在精確掌握水景的水流形態(tài)，滿足設(shè)計(jì)需求。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

3、s100，獲取水景覆蓋面積和地形信息、場地氣候和季節(jié)信息、生物類型信息、社會文化背景信息，并基于以上信息確定水道的走勢和布景；

4、s200，基于水道的走勢和布景構(gòu)建初始模型，將初始模型備份保存，并導(dǎo)出模型文件；

5、s300，基于模型文件將水道的計(jì)算區(qū)域分解為離散網(wǎng)格，在大梯度變量位置采用細(xì)化網(wǎng)格，并對其余網(wǎng)格采用粗糙網(wǎng)格；

6、s400，基于離散網(wǎng)格指定入口邊界條件、出口邊界條件、固體壁面邊界條件、對稱邊界條件、周期性邊界條件，并在離散網(wǎng)格處求解方程；

7、s500，通過計(jì)算流體力學(xué)cfd仿真模擬水流形態(tài)，觀察水流形態(tài)、調(diào)整模型文件，并重新求解方程，當(dāng)仿真水流形態(tài)、水道走勢和布景符合需求，導(dǎo)出模型定稿文件，并設(shè)計(jì)成圖紙。

8、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述步驟s100之后，還包括：

9、s101，基于用戶的設(shè)計(jì)需求，將水道的流經(jīng)區(qū)域和布景一起劃分為不同的設(shè)計(jì)主體；

10、s102，基于不同的設(shè)計(jì)主體，利用水道水勢、水量的變化作為主題切換的憑依。

11、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述步驟s200之后，還包括：

12、s201，模型文件備份保存的同時(shí)，將模型文件內(nèi)水道的具體彎折角度、彎折數(shù)量、坡度、水道結(jié)構(gòu)特征同步填寫表格，并與模型文件一同存儲。

13、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述步驟s300之后，還包括：

14、s301，基于模型文件確定水道的彎折位置、坡度變化位置、水道底面障礙位置、水道側(cè)邊障礙位置，并將其采用細(xì)化網(wǎng)格進(jìn)行分解；

15、s302，基于模型文件確定水道坡度不變、無障礙、無彎折的區(qū)域，并將其采用粗糙網(wǎng)格進(jìn)行分解。

16、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述步驟s400之后，還包括：

17、s410，所述離散網(wǎng)格處的求解方程，基于ns納維斯托克斯方程，通過將水景中的流體設(shè)定為不可壓縮的牛頓流體，假設(shè)μ為流體的粘性，將ns方程簡化，并根據(jù)慣性力＝體積力+壓差力+粘性力，得到簡化方程的矢量式其中u、v、w為xyz三個(gè)方向的速度，fxfyfz為xyz三個(gè)方向的體力，pxxpyypzzτxyτxzτyz為流體微元各個(gè)方向收到的應(yīng)力。

18、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述步驟s410之后，還包括：

19、s420，采用法求解矢量式，并帶入核函數(shù)求解ns方程中未知的速度、壓力、密度，并得出近似表達(dá)為式中w為核函數(shù)，mj為粒子質(zhì)量，ρj為粒子密度，h為核函數(shù)光滑長度，為粒子i與j之間的距離，aj為函數(shù)在粒子j處的函數(shù)值。

20、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述步驟s420之后，還包括：

21、s421，利用核函數(shù)離散化簡不可壓縮牛頓流體的ns方程，得到核函數(shù)離散后的ns方程；

22、s422，基于簡化的ns方程，其密度采用核函數(shù)進(jìn)行表達(dá)；

23、s423，基于簡化的ns方程，其壓力采用核函數(shù)進(jìn)行表達(dá)；

24、s424，基于簡化的ns方程，其粘度采用核函數(shù)進(jìn)行表達(dá)。

25、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述步驟s500之后，還包括：

26、s501，基于ns方程，利用ls-dyna的質(zhì)點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算，并生成水流特效；

27、s502，基于用戶需求和水道兩側(cè)的布景，對水流特效進(jìn)行打分，并將水流狀態(tài)和模型文件同步進(jìn)行保存；

28、s503，當(dāng)分?jǐn)?shù)不夠時(shí)，重新調(diào)整模型文件，并生成新的水流狀態(tài)用來重新打分；

29、s504，當(dāng)分?jǐn)?shù)足夠時(shí)，導(dǎo)出模型定稿文件，并設(shè)計(jì)成施工圖紙。

30、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括上述的基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)方法，所述基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括：

31、在本技術(shù)的一實(shí)施例中，所述基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用于基于cfd在景觀項(xiàng)目中優(yōu)化水景的設(shè)計(jì)方法，所述系統(tǒng)包括：

32、數(shù)據(jù)收集模塊，所述數(shù)據(jù)收集模塊用于備份保存模型文件，并為文件附加水道的具體彎折角度、彎折數(shù)量、坡度、水道結(jié)構(gòu)特征；

33、數(shù)據(jù)補(bǔ)充模塊，所述數(shù)據(jù)補(bǔ)充模塊用于對照模型文件保存對應(yīng)的水流特效；

34、特征提取模塊，所述特征提取模塊根據(jù)水流特效獲取水花相對水體的位置信息、水花高度信息、水流強(qiáng)度信息，提取特征信息和特征關(guān)鍵詞，并對應(yīng)模型文件進(jìn)行保存；

35、模型調(diào)節(jié)模塊，所述模型調(diào)節(jié)模塊用于構(gòu)建/調(diào)節(jié)模型時(shí)，預(yù)輸入水流特征關(guān)鍵詞，并與系統(tǒng)內(nèi)保存的特征信息和特征關(guān)鍵詞進(jìn)行比對，導(dǎo)出相似度較高的模型文件和其對應(yīng)參數(shù)。

36、本發(fā)明技術(shù)方案通過采用在構(gòu)建設(shè)計(jì)圖紙前，優(yōu)選收集水景步驟區(qū)域的環(huán)境要素，并結(jié)合用戶的需求首先將水景定做一個(gè)設(shè)計(jì)主體，并確認(rèn)水道的走勢，以及水道兩側(cè)的布景情況，在初步設(shè)計(jì)完成后，勇敢建模軟件對初始設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，并導(dǎo)出模型文件，同時(shí)模型文件連同其特征需要備份保存，用于優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提高后續(xù)對水景的構(gòu)建、優(yōu)化效率，也可以用于在設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行復(fù)盤總結(jié)，提升設(shè)計(jì)效果，對模型文件的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行分解，為了提高計(jì)算精度，并減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，對模型文件中，水道的大梯度變量位置采用細(xì)化網(wǎng)格，其余則采用粗糙網(wǎng)格，在網(wǎng)格劃分完成后，指定網(wǎng)格的邊界條件，入口邊界條件為指定流體從何處進(jìn)入計(jì)算區(qū)域，通常包括流體的速度、壓力、溫度等；出口邊界條件為定義流體從計(jì)算區(qū)域的哪些部分離開，通常指定出口處的壓力、速度等參數(shù)；固體壁面邊界條件用于描述流體與實(shí)體物體表面的交互，這包括流體的速度、壓力和溫度如何受到壁面的影響；而對稱邊界條件則為假設(shè)流體特定方向上的物理量在對稱面上是對稱的，從而簡化計(jì)算區(qū)域，減少需要建模的空間量；周期性邊界條件用于模擬周期性重復(fù)的流動現(xiàn)象，例如管道內(nèi)的周期性流動，其中一個(gè)端口的流動與另一個(gè)端口的流動是相同的，通過以上邊界條件，計(jì)算仿真水流形態(tài)所必須得到的數(shù)據(jù)，并簡化計(jì)算量，當(dāng)以上數(shù)據(jù)計(jì)算完成后，基于計(jì)算流體力學(xué)cfd仿真模擬水流形態(tài)，如果水流形態(tài)符合設(shè)計(jì)需求則可以記錄為待定模型，并且可以根據(jù)需求對模型文件進(jìn)行調(diào)整，并重新按照以上步驟生成最終的水流形態(tài)仿真，不符合的設(shè)計(jì)不記錄為待定模型，待定模型將進(jìn)行對比篩選，最終確認(rèn)版本，可以直接導(dǎo)出模型定稿文件，并設(shè)計(jì)成圖紙，水景模型用于指導(dǎo)廠家生產(chǎn)、現(xiàn)場實(shí)時(shí)，通過以上方法，可以精確掌握水景的水流形態(tài)，提高設(shè)計(jì)效率，滿足設(shè)計(jì)需求。