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Solución analítica al problema de construcción de interfaz lineal por partes y su aplicación en el cálculo de curvatura para códigos de simulación de volumen de fluido

Autores: Lehmann, Moritz; Gekle, Stephan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Solución analítica al problema de construcción de interfaz lineal por partes y su aplicación en el cálculo de curvatura para códigos de simulación de volumen de fluido


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería de Sistemas

Palabras clave

Problema de intersección avión-cubo
PLIC
Solución analítica
Dinámica de fluidos computacional
Soluciones iterativas
Modelo de Volumen-de-Fluido

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 30

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El problema de intersección plano-cubo ha sido discutido en la literatura desde 1984 y soluciones iterativas a este se han utilizado como parte de la construcción de interfaces lineales por partes (PLIC) en códigos de simulación de dinámica de fluidos computacional desde entonces. En muchos casos, PLIC es el cuello de botella de estas simulaciones en cuanto al tiempo de computación, por lo que una solución analítica más rápida a la intersección plano-cubo reduciría significativamente el tiempo de computación para tales simulaciones. Derivamos una solución analítica para todos los casos de intersección y la comparamos con la solución anterior de Scardovelli y Zaleski (Scardovelli, R.; Zaleski, S. Relaciones analíticas que conectan interfaces lineales y fracciones de volumen en rejillas rectangulares.), que mejoramos aún más para incluir casos límite y micro-optimizamos para reducir operaciones aritméticas y ramificaciones. Luego extendemos nuestra comparación en cuanto al tiempo de computación y precisión para incluir dos soluciones iterativas diferentes también. Encontramos que la mejor elección depende de la plataforma de hardware utilizada: en la CPU, Newton-Raphson es el más rápido con la optimización del compilador habilitada, mientras que las soluciones analíticas son mejores que las soluciones iterativas sin ella. En la GPU, el método más rápido es nuestra versión optimizada de la solución analítica SZ. Finalmente, proporcionamos detalles sobre una de las aplicaciones del cálculo de curvatura PLIC para el modelo Volumen-de-Fluido utilizado para simulaciones de fluidos en superficie libre en combinación con el método de Boltzmann en la red.

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