[發明專利]一種基于粒子模型的凝結現象仿真方法

有效

• 申請號: 201611128834.6
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106650064B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 王長波;張泰滺;施佳俊
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

1.一種基于粒子模型的凝結現象的仿真方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

a)基于光滑粒子流體動力學SPH模型模擬流體的運動，具體包括：

ⅰ)區分邊界粒子

對所有粒子增加額外的屬性，對氣體粒子賦值為0，其他粒子賦值為1，構成標量場；對每個粒子計算該標量場的梯度，梯度不為零的固體粒子歸到邊界粒子；

ⅱ)各粒子的密度計算

每個粒子的密度通過周圍相同類型粒子的密度插值得到；在插值計算邊界上氣體粒子的密度時，引入密度校正算法：在插值計算過程中，把邊界粒子的密度加入到插值計算中，其中邊界粒子密度根據采樣的疏密性，設定成氣體密度的常數倍；

ⅲ)各粒子的加速度計算

根據粒子密度，通過運動控制Navier-Stokes方程計算粒子的加速度：

其中u為流體速度，t為時間，ρ為粒子密度，p為壓強，μ為黏性系數，是一階微分算子,是二階微分算子,f^ext為外力；方程等號右邊依次為壓力項，黏性力項和外力項；

在外力項中加入大氣壓帶來的液滴阻力；計算液滴覆蓋在固體表面的面積，配合外部大氣壓強和固體的摩擦系數，計算出由于液滴內外氣壓差而產生的液滴阻力：

f^friction＝μ_f×(p·s)

其中f^friction為液滴阻力，μ_f為摩擦系數，p為壓強，s為液滴填充的面積；

由此得到的控制方程，用來計算粒子的加速度：

b)基于SPH模型模擬凝結現象，具體包括：

ⅰ)各粒子的濕度計算

在SPH模型上實現菲克定律，通過計算擴散系數和粒子之間的相對濕度差得到每一幀濕度的變化值：

其中RH代表相對濕度，t代表時間，c_diff代表擴散系數，N_i是粒子i的鄰居粒子集合，m是質量，是二階微分算子，r是粒子的位置，W是光滑核函數即插值權重函數，h是光滑核函數W影響區域的半徑；

把計算得到的濕度變化值加上該粒子濕度，得到該粒子處新的濕度屬性；

ⅱ)各粒子的溫度計算

粒子的溫度變化量取決于鄰居粒子的溫度差：

其中T代表溫度，t代表時間，c_d代表熱傳導系數,N_i是粒子i的鄰居粒子集合，m是質量，是二階微分算子，r是粒子的位置，W是光滑核函數即插值權重函數，h是光滑核函數W影響區域的半徑；當相鄰粒子材質不同時，為了保持邊界處屬性的連續性，熱傳導系數定為兩種材質熱傳導系數的算術平均值；

把計算得到的溫度變化值加上該粒子溫度，得到該粒子處新的溫度屬性；

ⅲ)各粒子的凝結判斷

使用August-Roche-Magnus方程對Clausius-Clapeyron方程近似：

式中T代表溫度，T_dp為露點溫度，RH代表相對濕度，常量系數：b＝17.67，c＝243.5℃；計算出對于每個氣體粒子的露點溫度；當氣體粒子溫度低于該粒子處的露點溫度時，判斷該氣體粒子發生凝結現象，完成粒子模型的凝結現象的仿真。