[发明专利]一种基于物理的油水混合现象可视化仿真方法

权利要求书

1.一种基于物理的油水混合现象可视化仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在初始化仿真场景时，将油、水两种液体粒子分别赋予不同的种类标记，即为每个流体粒子增加一项布尔属性，这个布尔值标记粒子所属的流体种类为油或水，用以在仿真过程中区分不同种类的流体粒子；

(2)对所有的油、水流体粒子，运用基于粒子的流体动力学公式方法求解流体粒子的运动，得到粒子的位置、速度属性；

(3)选取两种粒子中粒子数量最多的一种流体作为基础流体，另外一种流体粒子作为不可融合流体，也称不可融流体；

(4)针对不可融流体粒子，运用形状匹配方法对不可融流体的形态和运动方式进行约束，得到不可融流体的整体形状、速度属性；

(5)在上述约束的基础上，为了实现油、水两相流体之间的正确交互，对不可融流体的边界条件进行修正；

所述步骤(3)中，选取两种粒子中粒子数量最多的一种流体作为基础流体的过程为：根据步骤(1)中赋予流体粒子的流体种类布尔值，遍历所有流体粒子，分别统计不同布尔值标记的两种流体粒子的个数，选取粒子数量大的其中一种流体作为基础流体；

所述步骤(4)中，运用形状匹配方法对不可融流体的形态和运动方式进行约束的过程包含以下步骤：

计算不可融流体的几何中心，即所有同种类不可融粒子的几何中心点：

x_cs表示不可融流体的几何中心，N是此种不可融流体粒子的数目，x_i表示粒子i的位置，i表示当前不可融流体粒子的序号；

再计算每个粒子距离质心距离的大小并和c·|x_cs|进行比较，其中为物体在x₁处的质心，c∈[1,3]，如果则认为该粒子超出了形状匹配约束的有效距离，会对不可融流体的稳定性产生影响，称该粒子为边界粒子；

将此粒子的类型标记改为基础流体，强制使该边界粒子转换为基础流体粒子，避免形状匹配方法对边界粒子再次进行计算，同时，将该边界粒子的位置更新为：

上式中rnd(Δx)表示与网格尺寸Δx有关的随机量，即更新后的粒子位置为质心附近的随机位置；

根据预测的质心和约束项其中为粒子i的初始位置，为粒子i的预测位置，由于约束项与初始位置和预测位置相关，通过修正粒子的预测位置得到新的粒子位置：

其中，g为目标位置；

根据新的粒子位置x^*求解新的粒子速度

其中，σ表示预测速度求得的速度的混合系数，u_p为预测速度，Δt是时间步长，由此求得不可融流体粒子在形状匹配约束条件下，修正流体动力学直接求得的粒子速度和粒子位置，得到新的粒子速度和新的粒子位置x^*。