高精度流固耦合问题的动画生成方法研究

项目名称： 高精度流固耦合问题的动画生成方法研究

项目编号： No.61303157

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 自动化技术、计算机技术

项目作者： 王永健

作者单位： 中国科学院计算技术研究所

项目金额： 23万元

中文摘要： 视觉逼真的流固耦合模拟一直是困扰流体动画研究领域的难题之一。此外对于流体细节的模拟，如气泡、泡沫、湍流等也是常被忽略的一个方面。由于ALE方法采用的是网格在界面处随流体运动，这样就保证了界面处的高分辨率。而远离界面处，可以使网格运动比较规整，甚至可以做自适应，对解的某些特性可做高质量的模拟。 本项目在流固耦合动画中引入ALE方法，目的在于解决流固耦合的真实感模拟问题。该方法采用结合Level-Set技术的自适应ALE模拟方法，包括四个核心技术：（1）求解纳维-斯托克斯方程组的高精度、数值稳定的Lagrange计算格式；（2）针对网格扭曲严重区域的自适应的网格重构技术；（3）针对网格重构后的新旧网格物理量守恒重映技术；（4）针对流体细节刻画要求的界面捕捉方法。利用上述技术最终生成视觉逼真的流固耦合动画。

中文关键词： 流体动画；流固耦合；流体控制；流场可视化；

英文摘要： Visual realistic animation of rigid-fluid coupling has been one of the problem in the field of fluid animation. In addition, the details of rigid-fluid coupling such as air bubbles, foam, turbulence are often neglected. The classical ALE method solves for fluid-solid coupling problem using the dynamic grid at the interface that changes with the fluid motion. So ALE method ensures to get the high resolution interface. And for the region that far away from the interface,ALE method uses regular motion of mesh or even adopt adaptive approach to get the high quality characteristics. We introduce ALE method into rigid-fluid coupling animation. The goal of this project is to generate realistic rigid-fluid coupling animation results. We adopt the adaptive ALE combined with Level-Set simulation method in this project. It includes four core technologies: (1) solving the Navier-Stokes equations of the high precision, numerical stability of Lagrange calculation format; (2)mesh reconstruction technique based on adaptive mesh distorted region; (3)the new grid physical quantity grid reconstruction after the conservative remapping technique; (4) the details of the fluid requirements of interface capturing method. The above techniques allow us to generate rigid-fluid coupling animation results with high degree of realism.

英文关键词： fluid aniamtion；rigid-fluid coupling；fluid control；flow visualization；