由管道、泵、罐、阀门等设备组成的典型管路系统是化工、医药、航空航天等行业的普遍过程装备。将管路系统虚拟可视化,不仅可以实现操作人员在虚拟环境中进行操作训练,而且可以用于管路系统的辅助决策,帮助工程技术人员和决策人员进行管道的方案设计、优化以及系统分析。管路系统流体数值模拟的建模是管路系统虚拟可视化的基础,也是管路系统虚拟现实仿真的一项重要基础研究。本文从经典的流体力学基础理论出发,建立了管路系统虚拟可视化的流体数值模拟算法。 以上述典型管路系统及其工艺流程作为例子,探讨了管路系统简化的思想,确定了以柏努利方程为基础的管路系统流体虚拟可视化的流体恒定流动和非恒定流动的数学方程。 对于非恒定流动的流体,选用四阶经典的Ronge-Kutta方法,将流体连续性数学方程离散化。按一定时间间隔,求取管路系统流体虚拟可视化的流速、流量以及管路各部位的压力等状态参数。对于恒定流动的流体,以工艺中的流量作为基本参数,运用流体恒定流动的数学方程,计算出流体的流速、压力等参数。 本文采用面向对象的软件工程方法,开发管路系统流体数学模型软件。确定了管路系统数学模型用例并绘制了用例图;以面向对象的程序设计方法开发了用例,并给出主要算法程序的部分源代码及运行结果。 最后,探讨了管路系统流体数学模型软件包及其相应算法与课题其他软件包之间的交互和实现过程,并给出了管路系统流体虚拟可视化的部分特效实例。本文建立的数值模拟算法综合运用于实际的管路系统流体虚拟可视化系统中。仿真结果与系统的实际数据比对,吻合良好,验证了本课题研究的有效性,较好地实现了系统的仿真和模拟演练目的。