RealFlow在模拟计量分离器流程中的应用

摘 要 在油田领域中，井口计量分离器内部的工艺流程由于罐体本身为一个相对密闭的容器，因此在培训讲解中无法进行剖析演示，针对分离器设备工艺流程利用RealFlow流体模拟系统进行模拟仿真，对其实用性进行了初步的尝试，同时结合分离器的流程模拟制作的过程，介绍了RealFlow的特点、功能。文章通过对比测试，较好的解决了粒子碰撞计算与逼真度平衡的问题，同时对流体mash模型及相关技术特点进行了分析，为模拟仿真系统开发中的流体运动的模拟提供了一种较好的解决方法。

关键词 RealFlow；工艺流程；流体模拟

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0069-01

在对密闭设备的工艺流程培训过程中，如果利用图片、文字说明等传统的演示方法对其描述，具有很多的局限性，培训效果也很难满足要求。如果利用计算机图形学技术进行模拟仿真设备实体，再利用流体模拟仿真技术，可真实模拟出设备内部流体的流动过程。

1 流体模拟工具RealFlow

RealFlow是3ds max、Maya、LightWave、Softimage|XSI等3D工作平台的重要的通用外围软件。RealFlow是目前唯一能够处理粒子对物体的作用的一整套力学模拟系统。RealFlow也可以作为单纯的粒子系统使用，来处理数量庞大的粒子。在相同硬件条件下，RealFlow能处理的粒子数是3DS Max或Maya等3D平台所能处理的粒子数的几十倍。

2 RealFlow的主要特色[1]

1）非常直观的图形化友好界面，完全支持OpenGL。

2）气体、液体、粘性的和弹性的物质能够很容易地仿真。

3）拥有多种不同类型的粒子发射器。

4）多种液体间的互动。

5）采用优化平滑内核的内建多线程的网格生成机制。

6）完全支持各种大型三维动画软件平台。

7）在同一网格中不同流体之间常用材质的混合。

3 RealFlow的制作流程

RealFlow的制作思路是通过粒子模拟流体、气体的流动与碰撞，运算出正确的运动轨迹，再在质点与质点之间产生平滑的多边形网格。保存序列文件后，再导入到其他3D软件中渲染。以3Ds max为例，讲述它的制作流程。

1）在3Ds max中制作场景，可以保存两种RealFlow接受的格式，不动的模型可以保存为obj格式，动画的模型可以保存为SD格式，视需要而定。

2）在RealFlow中进行数据输出，包括三种文件类型：

屏幕图像—可以保存为逐帧图片，只有预视效果的作用，没有实际作用；Mesh网格—将液体模型输出成逐帧Bin文件，这种动态模型可以在三维软件中打开；粒子—将点状粒子输出成逐帧Bin文件，它可以在三维软件中打开，具有粒子系统的功能。

3）在3Ds max中导入需要的数据，包括液体模型（Bin文件）和粒子系统（Bin文件）两种类型，与整个场景进行整合渲染，液体模型可以使用各种材质类型。

4 利用RealFlow模拟分离器内部液体流动的过程

4.1 分离器三维模型的制作

利用3Ds max软件制作出分离器内部节构模型，由于RealFlow只能识别三角形的网格物体，将其简化的模型转换为可编辑面片，变为三角网格物体，最终导出为obj格式文件。

4.2 分离器设备流程中液体流动的模拟

4.2.1 分离器内部流程过程

要达到真实模拟效果，必须先了解流体流动过程。液体流动的过程是：液体先从分离器一端的进口处由底部向上喷出待液体达到一定高度后，由于竖管将液体导入计量罐内，这时，开始进行量油，直到量油结束，将罐体内的液体导出。

4.2.2 模型的导入

由于3Ds max的单位与realflow的单位比例为100：1，导入后将模型的比例缩小为0.01。这样设置在能实现相同效果的同时，也可以减少粒子的发射数量，解算的时间变短。

4.2.3 粒子、重力加速器

RealFlow中的粒子类型有很多种，根据我们要求，选用圆面粒子发射器。为了模拟真实的效果，将粒子发射器进行角度倾斜，让粒子先碰撞到管壁，再沿管壁在重力的作用下流动。通过对粒子的精度、密度、内外压力、粘滞性、速度、粒子发射时间进行调整。

4.2.4 mesh网格模型的生成

在调整粒子达到最终效果后，给粒子披上一层外衣-网格模型，对粒子进行包裹。网格模型作为最后导入到3Ds max中的网格物体。过滤器是设置网格外观比较重要的一项设置，也用于解决网面与其他物体的适配问题，尤其是网面与填充物体的适配[2]。

4.3 RealFlow中粒子运动的属性设置

4.3.1 流体的运动过程中粒子运动的状态

由于计量间分离器中始终有一部分液体，模仿这部分液体是通过粒子器预先注入粒子，待粒子稳定后再从入口处注入新的粒子。这部分粒子对于系统的运算速度产生很大的影响，粒子过多会造成运算缓慢，粒子过少会造成重新注入粒子后，由于粒子之间的密度变化及内压差的突然变化产生过大的波澜，对模拟的真实度产生影响。

4.3.2 模拟液体表面，mesh网格的设置

在模拟罐体与液体相接触的面与液体表面之间的角度尽可能与真实的场景相似，就需要对mesh网格进行调整[3]。Mesh中属性面板中的Polygon size（多边形尺寸）只是设置组成网格面中的多边形密度的大小，对于初形成网面的臃肿的调节

无效。

4.3.3 场景优化，改善粒子的运算速度

创建RealFlow场景时，默认系统缩放比例值为一个标准单位，导入的模型往往很大，通过改变系统默认值以适应粒子发射器的大小来减少粒子的计算时间，加快粒子的计算过程。

5 结束语

利用RealFlow进行流体模拟，实现了分离器工艺流程的模拟过程，提高了系统开效率，较好的解决了粒子碰撞计算与逼真度平衡的问题，同时对流体mash模型及相关技术特点进行了分析。为模拟仿真系统开发中的流体运动的模拟提供了一种较好的解决方法。

参考文献

[1]欧阳箴.隼之翼II畅游流动的世界[M].北京：希望电子出版社，2002：2-7.

[2]张庆中.Maya总动员RealFlow影视特效秘籍[M].北京：希望电子出版社，2007：103-104.

[3]雷桐.REALFLOW流体制作经典实例解析[M].北京：电子工业出版社，2008：272-273.

作者简介

丛立明（1976-），男，工程师，研究方向：计算机软件开发。endprint