格子Boltzmann方法在氣泡模擬中的應(yīng)用研究.pdf

1、在物理學(xué)中，水中氣泡運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象屬于氣液兩相流現(xiàn)象。氣液兩相流在自然界和日常生活中到處存在，如早晨的濃霧、鍋爐里的沸騰與水蒸氣等等。氣液兩相流是指氣體和液體兩種物質(zhì)混合在一起共同流動(dòng)。將物理學(xué)中的氣液兩相流理論應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的氣泡模擬當(dāng)中，可以從建模的角度來驗(yàn)證該理論的實(shí)用性。此外，將生活中常見的氣泡現(xiàn)象在計(jì)算機(jī)熒屏上再現(xiàn)，不僅豐富了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)模擬的研究成果，還可以為數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)開辟新的應(yīng)用。把模擬結(jié)果應(yīng)用到廣告、電影、游戲中去，可以

2、節(jié)省制作成本，加強(qiáng)視覺特效。
　　 本文采用格子Boltzmann方法中的多相流顏色LBE模型對(duì)氣泡進(jìn)行建模，主要研究顏色LBE模型在氣泡模擬中的應(yīng)用。顏色LBE模型是用于模擬多相流的格子Boltzmann模型之一，該模型在格子Boltzmann方法的基礎(chǔ)上引入多相流的概念，用不同的顏色區(qū)分不同流體，并通過引入顏色梯度來實(shí)現(xiàn)不同流體之間的相互作用，調(diào)整粒子的運(yùn)動(dòng)趨勢，從而實(shí)現(xiàn)多相流體的分離或者混合。
　　 氣泡模擬涉及到

3、兩相流理論、計(jì)算機(jī)建模、氣泡運(yùn)動(dòng)算法等三方面的內(nèi)容。由于顏色LBE模型并不是專門為氣泡設(shè)計(jì)的模型，本文根據(jù)模擬的需要確定相應(yīng)的碰撞算子、擾動(dòng)算子，其中氣泡的運(yùn)動(dòng)遵循格子Boltzmann方程，氣液兩相的交互用LBE模型來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)過程中，為了減少計(jì)算量，本文根據(jù)氣泡的特點(diǎn)，對(duì)LBE模型在碰撞與重新標(biāo)色方面進(jìn)行了特殊處理，并對(duì)氣泡模擬的核心算法進(jìn)行了分析，給出整個(gè)模擬的框架，實(shí)現(xiàn)得到了較為逼真的模擬效果。實(shí)驗(yàn)表明，本文的氣泡模擬算法有較