A fluid simulation system based on the MPS method
| Autor: | SILVA, André Luiz Buarque Vieira e |
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| Přispěvatelé: | TEICHRIEB, Veronica |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2018 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UFPE Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) instacron:UFPE |
| Popis: | Fluid flow simulation is a high active area in Computer Graphics and Virtual Reality, with applications in a wide range of engineering problems. In this scenario, meshless methods like the Moving Particle Semi-implicit (MPS) are a great alternative to deal with large deformations and free-surface flow, problems that usually impose the traditional mesh-based methods to perform inefficiently. This dissertation presents a stable, accurate and parallelized MPS-based technique which benefits from different advances in the MPS literature, and also from parallel computing, to obtain a method that can be adapted for a wide variety of scenarios. The proposed technique can simulate fully incompressible/weakly compressible fluid under different fluid behaviors such as two levels of compressibility, different fluid’ kinematic viscosity, turbulent flows and multiphase interaction. The method was evaluated under classical scenarios like Water Drop, Dam Break flow, R-T instability and Oil Spill, presenting comparable results to the State-OfThe-Art methods. The method and its variations are also integrated on a single solution which can switch on improvements such as better momentum conservation, more precise discretization of differential operators and less erroneous pressure oscillations through a user-friendly graphical interface. This enables a practical selection of models, approaches and parameter tuning, from, for instance, a stable physically coherent free-surface incompressible fluid flow simulation, to a GPU-accelerated multiphase free-surface weakly compressible flow simulation. Based on three different implementations (single-core CPU as the reference, multi-core CPU with OpenMP and multi-core GPU with CUDA for performance improvements), it is shown that the OpenMP-enabled weakly compressible approach achieves a speedup of 2.02 times and the fully incompressible approach of 1.82 times. The CUDA-enabled weakly compressible approach achieves a speedup of 3.15 times while the fully incompressible approach of 2.23 times. A simulação de fluidos é uma área altamente ativa em computação gráfica e realidade virtual, com aplicações em uma ampla gama de problemas de engenharia. Nesse cenário, métodos sem malha, como o Moving Particle Semi-implicit (MPS), são uma ótima alternativa para lidar com grandes deformações e movimento de superfície livre, problemas que normalmente fazem com que os métodos tradicionais baseados em malha executem de forma ineficiente. Esta dissertação apresenta uma técnica baseada em MPS estável, precisa e paralelizada, que se beneficia de diferentes avanços na literatura do MPS, e também da computação paralela, para obter um método que pode ser adaptado para uma ampla variedade de cenários. A técnica proposta pode simular fluidos totalmente incompressíveis ou fracamente compressíveis sob diferentes comportamentos, como os dois níveis de compressibilidade mencionados, viscosidade cinemática de diferentes fluidos, escoamentos turbulentos e interação multifásica. O método foi avaliado em cenários clássicos como o da Gota de Água, a Quebra de Barragem, Instabilidade R-T e Derramamento de Óleo, apresentando resultados comparáveis aos métodos do Estado da Arte. O método e suas variações também são integrados em uma única solução em que podem ser ativadas melhorias, como melhor conservação de momento, discretização mais precisa de operadores diferenciais e menos oscilações errôneas da pressão do fluido, isso tudo por meio de uma interface gráfica. Isso permite uma seleção prática de simuladores, abordagens e ajuste de parâmetros, de, por exemplo, uma simulação de escoamento de fluido incompressível de superfície livre fisicamente coerente, a uma simulação de fluxo multifásico acelerada por GPU. Com base em três implementações diferentes (CPU de núcleo único como referência, CPU multi-core com OpenMP e GPU multi-core com CUDA para melhorias de desempenho), é mostrado que a abordagem fracamente compressível acelerada com OpenMP atinge uma aceleração de 2.02 vezes e a abordagem totalmente incompressível de 1.82 vezes. A abordagem fracamente compressível habilitada para CUDA alcança uma aceleração de 3.15 vezes, enquanto a abordagem totalmente incompressível de 2.23 vezes. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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