流体模拟是计算机图形学的一个重要分支,在影视特效、游戏仿真、军事模拟、医学成像等方面都有广泛的应用。固体入水是现实生活中十分普遍的现象,也是流体模拟的重要课题。目前的固体入水模拟研究中,固体与流体交互界面压力不稳定、流体表面被固体冲击后的模拟粗糙、固体入水形成的空腔演变过程难以模拟等问题依然没有得到很好解决,对上述问题的研究具有很强的实际应用价值。本文首先介绍了固体边界压力处理、流体表面粒子处理以及固体入水空腔演变处理的历史沿革和国内外研究现状,然后针对上述三个问题开展了以下工作:一、传统边界力法、虚粒子法或耦合力法在处理固体入水的边界处理时,流体与固体交互界面的流体粒子密度不连续,导致交互界面压力不稳定,固体边界处发生部分流体粒子穿透或分离等现象。本文在模拟固体入水过程中,分别对水槽两侧的固壁边界,移动固体边界进行处理。对固壁边界,本文用传统的虚粒子法结合改进的虚粒子排列方式进行处理;与已有方法相比,本文的处理方法不但解决了流体粒子穿透固体边界、流体粒子与固体边界分离等现象,还提高了模拟效率。对移动固体边界,本文对传统SPH方法进行改进,对边界流体粒子的支持域进行补充完善,对压力公式进行改进,稳定了压力场;与已有方法相比,本文方法不但解决了流体粒子穿透固体边界、流体粒子与固体边界分离等现象,还提高了计算精度,提高了模拟效率。二、固体入水,冲击水面,导致水面大变形。传统边界力法、虚粒子法或耦合力法在模拟大变形的水面时,模拟的水面较粗糙,或者流体粒子与固体粒子之间存在较大空隙,或者少许流体粒子穿透固体边界等。针对上述问题,本文对流体表面粒子位置进行校正,使流体表面粒子分布均匀、水面流动自然;实验结果表明,与传统方法相比,本文方法模拟的水面比较光滑,没有出现流体粒子与固体粒子之间存在较大空隙、少许流体粒子穿透固体边界等现象,同时提高了模拟效率。三、固体入水时,固体撞击流体表面会形成两股射流;固体入水后,自由表面下方会出现一个对称的空腔。在模拟固体入水时,空腔中的气相对整个模拟过程有着较大的影响,但空腔中水相与气相的交互界面压力不稳定,射流细节难以真实展现,且空腔内空气的演变过程难以预测。本文针对上述问题,提出一种改进的两相流压力计算公式,在控制方程中同时计算水相和气相的流场;与现有方法相比,本文方法提高了计算精度,更好地展现了空腔内水流的运动过程和气体的演变过程,对流体表面射流的模拟更加符合真实效果。