Implementacja równoległa, zastosowania i wyniki metody SPH w przypadku symulacji płynów nieściśliwych

• Autorzy: Wróblewski P. , Boryczko K.

Warianty tytułu

EN

Parallel implementation, applications and results of the SPH method in simulations of incompressible fluid flows

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawione zostały podstawy teoretyczne modelu SPH stosowanego do symulacji płynów z wykorzystaniem metody cząstek. Zaprezentowanych zostało kilka wariantów metody przeznaczonych do różnych jej zastosowań. Zaproponowano również modyfikację metody umożliwiającą symulację zjawiska napięcia powierzchniowego. Przedstawiony został sposób jej implementacji. Zaprezentowano również wyniki zastosowania metody do modelowania kilku zjawisk: wypływu cieczy z naczynia, przepływu płynu w naczyniu cylindrycznym, powstawania menisków w kapilarze oraz oscylacji kropli cieczy w próżni. Otrzymane wyniki pokazują, że metoda ta może być z powodzeniem stosowana do modelowania wielu zjawisk ze świata rzeczywistego i stanowi szeroką dziedzinę do dalszych badań dla jej rozwijania i udoskonalania.

EN

The SPH method for simulating incompressible fluids is presented in the article. The background and principles of the SPH method are explained and its application to incompressible fluids simulations is discussed. Next, two methods of neighbor search for the SPH algorithm based on a constant number of neighbors and a constant cut-off radius are presented. Firts, feasible methods of comparison are analyzed. Then the methods are compared visually and computationally. The obtained results suggest that the method with a constant cut-off radius is better than that with a constant number of neighbors. Subsequently, adaptations of the SPH method for simulating mcompressible fluids which focus on surface tension are presented. The modification for surface tension simulation, which relies on incorporating additional forces into the model, as well as the methodology are suggested. The results obtained with the method are presented and discussed. Finally, the parallel implementation of the SPH simulation with OpenMP environment is demonstrated and analyzed.

Słowa kluczowe

PL

komputerowa dynamika płynów; metoda cząstek; SPH; obliczenia równoległe; OpenMP

EN

computational fluid dynamics CFD; particle methods; SPH; parallel computing; OpenMP

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 12, z. 2
• Strony: 389--406
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Wróblewski P.

• Katedra Informatyki, Wydział EAIiE, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Boryczko K.

• Katedra Informatyki, Wydział EAIiE, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• [1] Balsara D., Von Neumann stability analysis of smoothed particle hydrodynamics—Suggestions for optimal algorithms. J. Comput. Phys. 121, 1995, 357.
• [2] Boryczko K., Dzwinel W., Yuen D., Parallel implementation of the fluid particle model for simulating complex fluids in the mesoscale. Concurrency and computation: practice and experience, 14, 2002, 137-161.
• [3] Colagrossi A., Landrini M., Numerical simulation of interfacial flows by smoothed particle hydrodynamics. J. Comp. Phys. 191, 2003, 448-475.
• [4] Gijsen F., Vosse R, Janssen J., The influence of the non-Newtonian properties of blood on the flow in large arteries: steady flow in a carotid bifurcation model. Journal of Biomechanics 32, 1999, 601-608.
• [5] Gingold R.A., Monaghan J.J., Smoothed particle hydrodynamics - Theory and application to non-spherical stars. Mon. Not. R. Astr. Soc. 181, 1977, 375-389.
• [6] Hernquist L., Katz N., TREESPH: A unification of SPH with the hierarchical tree method. The Astrophysical Journal Supplement Series 70, 1989, 419-446.
• [7] Hockney R., Eastwood J.W., Computer simulation using particles. New York, Mc Graw-Hill 1981.
• [8] Hoogerbrugge P.J., Koelman J., Simulating microscopic hydrodynamic phenomena with dissipative particle dynamics. Europhys. Lett. 19, 1992, 155-160.
• [9] Liu G.R., Liu M.B., Smoothed particle hydrodynamics: a meshfree particle method. World Scientific 2003.
• [10] Lombardi J., Alison S., Rasio F., Shapiro S., Tests of Spurious Transport in Smoothed Particle Hydrodynamics. Journal of Computational Physics 152, 1999, 687-735.
• [11] Lucy L.B., A numerical approach to the testing of the fission hypothesis. Astron. J. 82, 1977, 1013-1024.
• [12] Monaghan J.J., Smoothed Particle Hydrodynamics. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 30, 1992, 543-74.
• [13] Monaghan J.J., Simulating Free Surface Flows with SPH. J. Comp. Phys. 110, 1994, 399-406.
• [14] Monaghan J.J., Smoothed particle hydrodynamics. Rep. Prog. Phys. 68, 2005, 1703-1759.
• [15] Nugent S., Posch H.A., Liguid drops and surface tension with smoothed particle applied mechanics. Phys. Rev. E 33, 2000, 333-353.
• [16] Oxley S., Modelling the Capture Theory for the Origin of Planetary Systems. Rozprawa doktorska, rozdz. 2, University of York, 1999, http://www.droxley.freeserve.co.uk/.
• [17] Tartakovsky A., Meakin P., Modeling of surface tension and contact angles with smoothed particle hydrodynamics. Phys. Rev. E 72, 2005, 02630.
• [18] Wróblewski P., Boryczko K., Kopeć M., SPH - a comparison of neighbor search methods based on constant number of neighbors and constant cut-off radius. TASK Quart. 11, 2007a, 275-285.
• [19] Wróblewski P., Boryczko K., Kopeć M., Modeling surface tension of incompressible fluids by means of a modified SPH method. CMS'07, Oprogramowanie Naukowo-Techniczne, 2007b, 389-394z.