移动网格技术在计算流体动力学数值仿真中的应用

基于调和映射理论,将移动网格技术(moving mesh technolog)应用到计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的数值仿真计算中.推导了移动网格技术在处理大变形问题时求解域的更新过程,并给出了相应的程序流程图,解决了传统固定网格无法模拟大变形的问题.利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.0a将移动网格方程与流体流动的控制微分方程耦合求解,模拟了油箱晃动时里面油的运动情况.数值模拟得出:移动网格技术可以较真实的模拟流体求解域的大变形问题;在仿真过程中,流体求解域范围内的节点和网格数量并没有增加,只是网格的形状发生了改变,因此移动网格方法并不会额外增加计算机资源.     

水下有限长圆柱壳受冲击波作用的瞬态动力响应

对有限长圆柱壳在水下受冲击波(声学场)作用时的瞬态动力响应问题进行了研究，用有限元法来模拟结构，边界元法来模拟无限域流体，通过结构与流体的接触面上的力和位移的连续条件形成耦合求解方法，并在时域里进行求解.给出了典型算例，并对结果进行了讨论，得出了有关结论.     

DME发动机准维直喷燃烧模型

为了能够预测二甲醚(DME)燃料缸内直喷燃烧及排放过程,基于该燃料气相喷雾雾化模型,推导出DME准维燃烧分区模型.通过气相射流模型对缸内情况进行分区,采用CHEMKIN库函数求解每个区化学反应速度.模型基于DME详细化学反应机理(包含79个物种、399步基元反应),采用DVODE算法对微分方程组进行求解,能够对DME着火过程进行模拟,并且能够对多种排放物(CO,NOz等)进行模拟预测.     

基于物理模型的水波动画模拟

水流现象模拟是动画模拟的一个热门课题,近年来,基于物理模型的求解方法越来越受到重视,这种方法通过求解描述自然场景的物理学方程来模拟自然规律,通过修改各种物理参数来控制动画的情节。把数值方法和计算机图形学相结合,利用差分方法求解描述水流现象的物理模型浅水波方程,通过扰动的方法控制水流画形成,进而实现了对水流现象的动画模拟。以船波为例对水流现象进行了模拟,模拟试验结果表明通过这种方法模拟水波,水波的运动不需要人工干预,由算法自动生成。同时这些实例能模拟物体与外界物体之间的相互的作用,模拟图形显示这是一个有效的水流动画模拟的手段。     

混凝土流场的简易化拟流固两相模型

针对组成复杂的混凝土流固多相流体建模及求解的难题,提出简易化拟流固两相流场的数值模拟方法.即将混凝土中颗粒物(石子与沙砾)近似处理成拟流体相,在欧拉欧拉模型的基础上,两相拥有各自的动量方程和连续方程以求解,相间通过压力相、体积系数和液面交换系数耦合,实现了对组成复杂的混凝土多项流体的简易化拟流固两相流场数值模拟.将此模型用于混凝土搅拌运输车搅拌筒数字化设计过程中,为提高搅拌性能提供了定量化、可视化的设计模型.同时,通过实验结果,间接验证拟流固两相模型的正确性.     

乙烯裂解炉管内裂解反应的CFD模拟

应用计算流体力学(CFD)软件Fluent6.2,采用详细化学反应机理模型一涡扩散概念(EDC)模型,对乙烯裂解炉2-1型反应管内主反应进行了三维数值模拟.模拟结果表明,EDC模型可正确求解裂解反应,主要产物收率与工业数据吻合较好;沿反应管轴向油气吸热升温,裂解反应加剧,产物产率逐渐发生变化;沿反应管径向存在明显的流体流速和温度的变化,而产物产率的变化没有流体流速和温度的变化明显.     

人体脑血流问题的并行数值模拟

设计了一套高性能血流动力学数值模拟系统,包括几何模型构建、计算网格生成、流体方程离散和求解以及计算结果可视化和分析等模块.重点介绍流体方程的求解模块,并通过对北京天坛医院提供的1个真实脑中风病例(包括术前和术后)的血流动力学瞬态模拟案例来验证系统的可靠性和效率.模拟结果显示:计算获得的各项参数(包括压力、速度、剪切力等)的分布与临床观察结果基本一致.该系统的并行性能测试结果显示:当模型的网格单元数量为2.12×10~6,CPU核数扩展至128时,系统仍可达到72.43%的并行效率.     

捕获运动界面的有限元方法

介绍了使用LeveiSet方法对界面的运动情况进行精确追踪,采用Taylor-Galerkin(TG)有限元方法离散LevelSet方程,易于处理复杂边界.利用不可压缩流体性质,避免求解重新初始化方程.采用有限元方法对剪切流场中界面的运动变化进行数值模拟,并与有限差分方法离散LevelSet方程,修正的Godunov方法求解重新初始化方程的计算结果,进行对比.结果验证TG有限元方法具有简单灵活和易于编程的特点,求解LeveiSet 方程是可行的.     

动态喷墨液滴两相流模拟（英文）

采用数值模拟方法研究了在平坦固体表面润湿时喷墨液滴的产生过程,以确定出发生液滴的关键.在考虑了表面张力和壁粘连的基础上,利用两相流之流体体积方法(VOF)建立了一个计算流体动力学模型来模拟湿平坦的固体表面上液滴过程.结果表明:基于VOF模型能够模拟润湿固体表面上液滴产生的动态,能够反映动态液滴与润湿固体表面间的相互作用和主要特征.这一模拟提高了对流体流动的认识,可以为一个特定的喷墨应用预测优化设计.     

剪切变稀自由表面流动问题的不可压SPH模拟

为解决传统弱可压光滑粒子动力学(SPH)方法中,密度的微小变化能引起压力的非物理振荡,发展了一种新的不可压SPH方法,并将其推广到剪切变稀自由表面流动问题的数值模拟中。该方法采用压力Poisson方程求解流体压力,流体控制方程则通过分数步长法进行求解。首先,利用不可压SPH方法模拟了牛顿液滴在水平固壁上的铺展现象,并通过与文献结果的比较,验证了不可压SPH方法模拟自由表面流的有效性;随后,对牛顿液滴和剪切变稀液滴在倾斜固壁上的铺展现象进行了不可压SPH模拟,并讨论了两种液滴铺展现象的不同流动特征。数值结果表明,不可压SPH方法不仅能够有效克服弱可压SPH方法所产生的压力振荡问题,并且能够成功推广到剪切变稀自由表面流的数值模拟中。     

基于形状控制的烟雾动画模拟

近年来基于物理的流体模拟成为计算机动画领域的一个研究热点。采用基于物理的方法来模拟烟雾,在烟雾形状控制方面,提出了一种新的而有效的方法;即在流体运动控制方程组的基础上,通过增加形状控制力来使烟雾迅速形成指定的形状。采用这种方法,人们只要指定烟雾的形状,系统就可产生烟雾逐步形成给定形状的动画。     

基于动作捕捉的计算机动画探讨与实现

探讨了动作捕捉 (motioncapture)技术 ,分析了运动数据的采集方法及其处理技术 ,剖析了 3DStudioMax文件的结构 ,并利用 3DStudioMax文件建立了计算机动画模型 ;在此基础上 ,利用处理后的数据文件驱动该模型 ,实现了计算机动画生成 .最后探讨了其在影视制作中的应用 .     

虚拟注射机系统的设计与开发

研究了一种基于虚拟现实技术的注射机仿真系统，该系统采用OpenGL建立图形控制平台，分别构造了基础数据库、场景库、显示驱动库和动画库等模块，并通过配备虚拟现实外设来实现立体三维效果；采用骨骼动画技术来实现注射机的动作仿真，完成了基于MS3D格式的骨骼动画制作流程和显示程序；以树状形式组织注射机的各个部件，并通过逻辑控制来实现注射过程的顺序动作．系统设计与实现中将操作面板、逻辑控制器、模型控制器和图形平台分为相对独立的模块，具有很好的扩展性，可广泛应用于操作培训、产品展示、远程维护等多个方面．     

基于非解析计算流体力学和离散单元法的大颗粒在流场中的高效率运动模拟

为实现占据多个流体网格的大颗粒在流场中运动的仿真,基于计算流体力学和离散单元法耦合(computational fluid dy namics-discrete element mothod,CFD-DEM),提出了一种新的数值方法.使用黏结颗粒模型将大颗粒近似表示为多个小球形颗粒黏结而成,基于非解析CFD-DEM方法计算流体对每个小球颗粒的作用力,将所有小球颗粒运动参数的平均值用于描述整个黏结颗粒的运动状态.通过黏性流体中球形大颗粒的沉降运动模拟,比较仿真结果与相关实验数据,结果表明:该方法不仅能准确模拟球形大颗粒的沉降运动,而且与浸没边界法相比计算效率更高.与传统的解析CFD-DEM方法相比,此方法还可以方便且准确地模拟三维情况下非球形大颗粒在流场中的运动.     

定格动画专业教学规划与工作室建设

从定格动画的特点入手,针对当今艺术院校在定格动画教学中缺少具体教学内容、教学与市场脱节的现状,提出科学安排定格动画教学内容,合理解决市场应用的对策。意在启发学生创造力和实践应用能力,规范各环节的技术教学和创建专业定格工作室,以此推动学习与实践相结合、教学与市场相结合的新格局。     

计算机动画角色的高级行为控制

用人工生命方法创造计算机动画,增强了计算机动画的逼真度和生动性.为了更好地控制动画的进程,指导动画角色的行动,本文将人工智能方法引入到计算机动画的创作中.提出并建立了面向自繁衍的人工鱼的认知模型,提高人工鱼的认知能力,实现基于"动物逻辑"的人工鱼高级行为控制.建立了人工鱼产生交配欲望、产卵和环境选择等预定义行为的认知模型.实验表明,人工鱼的高级行为控制器可以使人工鱼更好地适应虚拟海底环境,并顺利完成交配、产卵等生命过程.     

基于UG的内啮合齿轮副的3种运动仿真

依据运动仿真之目的不同,以内啮合齿轮副为例,介绍了基于UG软件平台的参数化模型仿真、高质量图画仿真和MOTION运动仿真3种仿真形式．分析认为,参数化模型仿真形式主要适用于验证齿廓造型和装配模型的精确性,高质量图画仿真形式仅限于只获取基于时间的动画效果,而MOTION运动仿真形式则是一种更为高级的运动仿真形式,能够为仿真提供大量的数据和图表结果,3种仿真形式均具有工程上的实用价值．     

可视化在火炮发射动力学仿真中的应用研究

介绍了自行火炮发射时的可视化研究。在3D平台上实现了明暗处理和贴图,用运动控制器获得了火炮系统的算法动画。运动控制器所需的数据取自于火炮动力学仿真的结果,火炮可视化是火炮动力学仿真诸部分的重要组成之一,可视化技术为火炮理论分析和结构设计提供了有限途径。     

基于DirectX构建虚拟战场环境研究

虚拟战场的构建是当前军事仿真领域中的一个非常前沿性的课题.随着计算机硬件性能的大幅度提高,使得在PC机上利用底层的图形函数接口构建虚拟战场环境也成为可能,从而可以大大降低成本.探讨了DirectX在三维地形模拟、海洋环境仿真、战场特殊效果、自然现象模拟、武器装备动画、人员动作模拟和战场三维真实感声音生成中的应用.比较全面地介绍了利用DirectX构建虚拟战场环境所涉及到的各种技术.     

基于DirectX构建虚拟战场环境研究

虚拟战场的构建是当前军事仿真领域中的一个非常前沿性的课题.随着计算机硬件性能的大幅度提高,使得在PC机上利用底层的图形函数接口构建虚拟战场环境也成为可能,从而可以大大降低成本.探讨了DirectX在三维地形模拟、海洋环境仿真、战场特殊效果、自然现象模拟、武器装备动画、人员动作模拟和战场三维真实感声音生成中的应用.比较全面地介绍了利用DirectX构建虚拟战场环境所涉及到的各种技术.