付小莉，张 斌，沈 超，李卫超

（同济大学a.水利工程系；b.地下建筑与工程系，上海 200092）

0 引言

以往，研究流体运动特性的方法主要有理论分析、模型试验、现场观测和数值模拟［1］，但对于实验教学而言，这些传统研究方法越来越无法满足社会快速发展对人才培养的新要求。2017 年，教育部提出要深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，不断加强高等教育实验教学优质资源建设与应用，着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平，在全国高校开展示范性虚拟仿真实验教学项目的建设工作［2］。可见，虚拟仿真实验是未来实验教学发展的重要方向，对于不同类型、不同学科的虚拟仿真实验其建设思路和采用的技术是不同的，而就水利类实验的虚拟仿真来说，对流体运动的虚拟仿真精细化和逼真程度是其建设的难点和核心内容。

目前已有众多流体类仿真软件，涵盖的技术范围比较广泛，其中基于拉格朗日法的光滑粒子流体动力学（SPH）技术在模拟自由表面大变形问题，比如溃坝和水流冲击中都发挥了其独特的优势［3-5］。SPH 是一种无网格方法，采用一组离散的质量恒定的粒子来替代流体或者固体。其优势在于它既能保证模拟数据的准确性，又能通过粒子渲染技术获得实际现象的虚拟展现，即保证效果的真实性。这种对现实效果虚拟呈现的技术称为虚拟仿真。虚拟仿真技术在机械制造业、建筑施工和医疗等行业得到了越来越广泛的应用，但是在流体类教学实验中属于起步阶段，应用前景不可限量［6］。……