2.1.2.1. Khái quát thuật toán
Cũng giống như các chương trình mô phỏng chất lưu khác, chúng ta chia thủ tục mô phỏng thành một số bước chính. Đầu tiên trường vận tốc được cập nhật, và ở bước sau trường vận tốc này được sử dụng để cập nhật sự thay đổi của bề mặt.
Trong phương pháp này, người ta sử dụng một lưới 3D. Vận tốc của chất lưu được biểu diễn bằng mặt của các ô lưới. Bề mặt giữa các chất lỏng - khí được biểu diễn bằng trường khoảng cách. Trường khoảng cách là trung tâm của cách tiếp cận này vì nó là trường được thay đổi để tạo ra bề mặt ảo. Tóm lại, lửa được thể hiện dựa vào bề mặt, việc tìm bề mặt được giải quyết bằng phương pháp ngoại suy bề mặt ảo và việc theo dõi sự vận động của bề mặt thoáng của chất lỏng được giải quyết bằng phương pháp level set.
Ngoài ra, người ta còn có thể áp dụng các phương pháp cơ sở vào thuật toán này vẫn thực hiện được mục đích mô phỏng. Ví dụ đầu tiên sử dụng phương pháp Implicit Euler [11] để giải quyết khuyếch tán mômen, phương pháp semi-lagrangian [11] để tính toán bình lưu vận tốc và cuối cùng là giải phương trình Possion.
2.1.2.2. Mô hình mô phỏng lửa
Mô hình các hiện tượng tự nhiên như lửa và ngọn lửa vẫn còn là một vấn đề khó khăn trong đồ họa máy tính. Mô phỏng hành vi của chất lỏng cho các hiệu ứng đặc biệt như mô tả khói, nước, lửa và các hiện tượng thiên nhiên khác. Hiệu ứng lửa do tính chất nguy hiểm của nó, mô phỏng lửa cũng quan tâm các hiệu ứng thực tế ảo.
Lực tác động Khuyếch tán Bình lưu Chiếu với sức căng bề mặt Tạo khoảng cách
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Quá trình đốt có thể được phân loại một cách lỏng lẻo thành hai loại riêng biệt chứ không phải hiện tượng: vụ nổ và bùng cháy. Trong quá trình phản ứng hóa học chuyển đổi nhiên liệu thành sản phẩm khí nóng, bùng cháy là những sự kiện tốc độ thấp như lửa và ngọn lửa, trong khi vụ nổ những sự kiện tốc độ cao là quan trọng như vụ nổ nơi sóng chấn động và các hiệu ứng nén khác. Các sự kiện tốc độ thấp, bùng cháy có thể được mô hình hóa bằng cách sử dụng các phương trình cho dòng chảy không nén, phương trình không nén nhớt Euler. Phương trình này có thể được giải quyết một cách hiệu quả bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận dịch ổn định bán Lagrange.
Hình 2.1: Mô hình ngọn lửa khí hỗn loạn của súng phun lửa
Một khía cạnh quan trọng thường bị bỏ quên của mô hình lửa và ngọn lửa liên quan đến việc mở rộng các nhiên liệu phản ứng để tạo thành sản phẩm khí nóng. Mở rộng này là lý do cho sự viên mãn thị giác quan sát trong nhiều ngọn lửa và bảo vệ thị giác trước sự bất ổn. Từ các phương trình không nén mở rộng, đề xuất mô hình ngọn lửa mỏng đơn giản. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một bề mặt tiềm ẩn đại diện cho khu vực phản ứng, nơi nhiên liệu khí được chuyển thành sản phẩm khí nóng. Khu vực phản ứng thực tế có bề dày khác không (nhỏ), xấp xỉ ngọn lửa mỏng hoạt động tốt cho các mô hình trực quan.
2.1.2.3. Mô hình mô phỏng ngọn lửa mỏng [11]
Thực hiện mô hình ngọn lửa mỏng như sau:
1. Đầu tiên, một mặt ngầm động được sử dụng để theo dõi các khu vực phản ứng, nơi nhiên liệu khí được chuyển thành sản phẩm khí nóng.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
2. Sau đó sử dụng phương trình dòng chảy không nén được mô hình hoá độc lập nhiên liệu khí và sản phẩm khí nóng.
3. Cuối cùng, các phương trình dòng chảy không nén được cập nhật lại với nhau kết hợp sử dụng khối lượng thực tế và động lực bảo tồn như là khí phản ứng tại giao diện.
Điều này khá phù hợp cho tìm kiếm ngọn lửa thành lớp (mịn), hạn chế xoáy. Vì lý do hiệu quả trong máy tính mô phỏng đồ họa, mô hình quy mô cấu trúc ngọn lửa hỗn loạn lớn lưới thô khó có thể nắm bắt đối tượng sử dụng. Nó cũng bao gồm các tính năng khác quan trọng đối với mô phỏng hình ảnh, chẳng hạn như các tác động nổi được tạo ra bởi khí nóng và sự tương tác của lửa với vật dễ cháy và không cháy. Ngọn lửa như một phương tiện tham gia với bức xạ vật đen, trong dựng hình chú ý thích ứng màu sắc của người quan sát để có được màu sắc chính xác của đám cháy.
2.1.3. Cơ sở vật lý
Một ngọn lửa nhiều lớp kết cấu đơn giản đã được ánh xạ lên một ngọn lửa ngầm và sau đó áp dụng một mô hình vận tốc lan truyền từ đốt đến ngọn lửa. Trao đổi nhiệt giữa các đối tượng bằng cách chiếu đến môi trường. Sự lây lan của ngọn lửa là chức năng của nhiệt độ và nhiên liệu. Một mô hình sáng tạo tương tự trong không gian ba chiều cho chữa cháy và lây lan của lửa. Sự lây lan của ngọn lửa được điều khiển bởi lượng nhiên liệu có sẵn, môi trường không gian và các điều kiện ban đầu. Trường vận tốc được xác định trước, sau đó các trường nhiệt độ và mật độ được bình lưu sử dụng một loại phương trình bình lưu - khuếch tán. Tích hợp hệ thống tạo ra môi trường thiết kế dựa trên mô phỏng cho xây dựng hệ thống phòng cháy chữa cháy. Một ứng dụng của ánh lửa vật lý chính xác, tác động của các loại nhiên liệu khác nhau về màu sắc của ngọn lửa và cảnh thắp sáng.
Ở đây không xem xét hiện tượng đốt tốc độ cao như vụ nổ mà tập trung vào phần đám mây bùng nổ của các sự kiện nổ sử dụng phương pháp phân đoạn tiếng ồn. Mô hình và hình dung phần sóng nổ của một vụ nổ dựa
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
trên phương pháp đường cong nổ. Đồng thời kết hợp các mô hình sóng nổ với một thân mô phỏng chuyển động cứng nhắc để sản xuất hình ảnh động thực tế của mảnh vụn bay. Mô hình một vụ nổ trong không khí bằng cách sử dụng động lực học chất lỏng để giải quyết các phương trình nén, dòng chảy nhớt. Hệ thống gồm hai cách khớp nối giữa các đối tượng rắn và chất lỏng xung quanh và sử dụng công nghệ gãy. Trong khi các phương trình dòng chảy nén rất hữu ích cho mô hình sóng xung kích và hiện tượng nén khác, một bước thời gian hạn chế rất nghiêm ngặt liên quan đến sóng âm. Sử dụng phương trình dòng chảy không nén được để tránh sự hạn chế này làm cho phương pháp tính toán hiệu quả hơn.