基于n-s方程复杂流体效果模拟硕士论文

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1、中文摘要计算机现实模拟是计算机图形学和现实世界表现相结合的产物，流体模拟则是计算机现实模拟领域的一个重要研究方向。大多数流体模拟研究均采用基于物理的模拟方法，需要考虑周围环境的影响，从而获取多样化的互动效果。众多模拟效果中以流固耦合效果的模拟最为复杂。大部分流固耦合的研究都局限在流体与固体边界的研究且其模拟算法都过于简单，不能准确的表现出流体与固体耦合的真实运动效果。有少量的研究开始考虑流体对固体表面属性的影响，但对流体对固体渗透作用的模拟研究较少。流固耦合除了界面运动的影响，更多的是两种物质的相互融合，相互影响，由此必将改变流体与

2、固体物质的物理属性，这将是本文所研究的重点。本文主要考虑固体内部结构与流体运动的相互影响，并将影响流体运动的固体命名为载体，以形象描述这种相互影响。流体的运动通常使用N．S方程描述，在计算机图形学领域使用半拉格朗日法求解N．S．．方程来实现流体模拟的实时显示。本文主要使用半拉格朗日法来计算流体的运动，通过修改其外力项，以得到更真实的模拟效果。根据流体的物理特性以及求解N．S方程时需要的属性，抽象出完整的流体模型，并初步构建了与之相对应的载体模型。在载体内部，载体结构对流体运动的影响，可以看作是载体结构对流体运动的控制，是流体模拟可控

3、性的表现。由于在计算机图形学中构建固体往往只构建固体的表面信息，圆比为了获得载体内部的结构，我们根据其表面相关信息来生成内部结构，最终构建出完整的载体模型。流体模拟的重要步骤就是流体的渲染，渲染方法直接影响人们对流体模拟效果的评价。本文介绍了流体与载体的相关渲染方法，并将载体3D化，建立3D的渲染场景，以得到流体模拟的真实、实时效果。最终的实验结果表明，载体的结构将对流体的运动有着明显的影响，这为今后流固耦合的进一步研究提供了参考。关键词：流体模拟流固耦合3D载体N．S方程ABSTRACTFluidsimulationISanLmp

4、ortantbranchofthefieldofcomputerrealisticsimulation,whichisaproductofthecombinationofcomputergraphicsandreal-worldperformance．MoststudiesarebasedonphysicssimulationwhichconsiderstheimpactofsurroundingenvironmenttOaccessavarietyofinteractiveeffects．Theeffectoffluid-soli

5、dinteractionisthemostcomplexsimulation．Mostsolid．fluidinteracfionstudieshaveconfinedtothefluidandsolidborderresearchwhilethesimulationalgorithmsaretoosimpletOaccuratelyshowtheeffectoftherealmovement．Somestudiesturntoconsidertheeffectonthesolidsurfacebythefluid，butfewon

6、thepenetration．InadditiontOtheimpactonthesurface，morearetheinfluenceandintegrationwhichwillchangethephysicalpropertiesoffluidandsolid．Thiswillbethefocusofthestudyinthispaper．Inthispaper,wefocusontheintemalsolidinteractionwithfluid．111esolidisnamedcardertOdescribetheint

7、eraction．N-Sequationsareusedtodescribefluidmovementandsemi·LagrangianmethodisusuallyusedtosolvetheequationstOachievereal—timedisplay．Themethodisusedinthispaper．Bymodifyingtheparameters，morerealisticeffectcanbeobtained．AccordingtOthephysicalpropertiesoffluidandattribute

8、susedtosolvetheN-Sequations，acompletefluidmodelandanincompletecarriermodelisabstracted．Internalcarrierstructureonthef