道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法

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崔曼, 薛惠锋, 陈福振, 卜凡彪. 2017: 道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法, 物理学报, 66(22): 199-212. doi: 10.7498/aps.66.224501
引用本文: 崔曼, 薛惠锋, 陈福振, 卜凡彪. 2017: 道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法, 物理学报, 66(22): 199-212. doi: 10.7498/aps.66.224501
Cui Man, Xue Hui-Feng, Chen Fu-Zhen, Bu Fan-Biao. 2017: Physics model of fluid and particle simulation method for road traffic, Acta Physica Sinica, 66(22): 199-212. doi: 10.7498/aps.66.224501
Citation: Cui Man, Xue Hui-Feng, Chen Fu-Zhen, Bu Fan-Biao. 2017: Physics model of fluid and particle simulation method for road traffic, Acta Physica Sinica, 66(22): 199-212. doi: 10.7498/aps.66.224501

道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法

Physics model of fluid and particle simulation method for road traffic

  • 摘要: 针对受多种因素影响的复杂道路交通系统问题,基于颗粒动力学理论,结合传统的Lighthill-Whitham-Richards物理模型,建立道路交通系统的流体物理模型,采用无网格粒子与网格相结合的方法进行数值仿真,并应用于典型道路交通问题的求解.在新模型中,将车辆比拟为硬颗粒,车辆的跟车比拟为颗粒间的碰撞相互作用,己知道路情况对驾驶员操作车辆的影响比拟为流-粒两相系统中的外部流体驱动力作用,不同车道间车辆的影响比拟为颗粒间的黏性作用,从而在颗粒动力学理论的基础上,推导建立了道路交通系统拟流体模型;引入光滑离散颗粒流体动力学(SDPH)对车辆系统模型进行离散,建立“SDPH车辆”与真实车辆之间的一一对应关系,再结合有限体积方法,对道路交通构建的双流体模型进行求解,建立求解交通流体物理模型的新型仿真方法.最后,采用所建立的模型和方法对车辆汇入以及机非混合对交通系统的影响过程进行了数值仿真,所得结果与实测值符合较好,表明新的模型和方法有效性好、可靠性高,为道路交通问题的解决提供了一条全新的途径.
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出版历程
  • 刊出日期:  2017-11-30

道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法

  • 西北工业大学自动化学院,西安,710072
  • 西北工业大学自动化学院,西安 710072;中国航天系统科学与工程研究院,北京 100048
  • 火箭军工程大学动力工程系,西安,710025

摘要: 针对受多种因素影响的复杂道路交通系统问题,基于颗粒动力学理论,结合传统的Lighthill-Whitham-Richards物理模型,建立道路交通系统的流体物理模型,采用无网格粒子与网格相结合的方法进行数值仿真,并应用于典型道路交通问题的求解.在新模型中,将车辆比拟为硬颗粒,车辆的跟车比拟为颗粒间的碰撞相互作用,己知道路情况对驾驶员操作车辆的影响比拟为流-粒两相系统中的外部流体驱动力作用,不同车道间车辆的影响比拟为颗粒间的黏性作用,从而在颗粒动力学理论的基础上,推导建立了道路交通系统拟流体模型;引入光滑离散颗粒流体动力学(SDPH)对车辆系统模型进行离散,建立“SDPH车辆”与真实车辆之间的一一对应关系,再结合有限体积方法,对道路交通构建的双流体模型进行求解,建立求解交通流体物理模型的新型仿真方法.最后,采用所建立的模型和方法对车辆汇入以及机非混合对交通系统的影响过程进行了数值仿真,所得结果与实测值符合较好,表明新的模型和方法有效性好、可靠性高,为道路交通问题的解决提供了一条全新的途径.

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