Montenegro Marcuzzi, Pedro T. (2021) Herramientas interactivas para la visualización en fluidodinámica computacional / Interative tools for visualization in computational fluid dynamics. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 11Mb |
Resumen en español
En el presente trabajo se estudiaron e implementaron los componentes básicos de un visualizador 3D de simulaciones de fluidodinámica computacional. El desarrollo se realizo en el lenguaje C++ utilizando las bibliotecas (VTK [4] y QT [5] ) que utilizan los visualizadores de referencia en este campo computacional, como ParaView [6]. El visualizador tiene como objetivo extender las capacidades de análisis y post-procesamiento del solucionador desarrollado en el departamento de Mecánica Computacional, denominado GPFEP [7]. El visualizador 3D tiene los siguientes componentes: motor de visualización VTK, interfaz de usuario, contenedores para el almacenamiento de estructuras de datos de la geometría y de los campos vectoriales y escalares con diferente paso de tiempo, interfaz integrada con los solucionadores de GPFEP y OpenFOAMR [8], comunicación con los solucionadores para cambiar algunas condiciones de simulación en tiempo de ejecución, filtros de post-procesamiento visual y de corte planar, lógica de aplicación sucesiva de filtros (basada en algoritmos de arboles) y la capacidad de realizar renderizado volumétrico a partir de imágenes medicas. Particularmente, se implementaron los siguientes filtros: 1. Líneas de corriente (con distintos métodos integrales de Runge-Kutta y propiedades de los elementos visuales). 2. Líneas de trayectoria (con la configuración de las variables temporales de integración y métodos de generación de semillas por mascara, esfera y línea) 3. Calculo del caudal a través de un plano seleccionado en forma dinámica desde la interfaz grafica. 4. Identificador de vórtices (métodos 2 y Enhanced Swirling Strength [9]). 5. Calculo de las fuerzas sobre una superficie. 6. Determinación de puntos de estancamiento. Se realizo un estudio de validación de los resultados del post-procesamiento de los filtros para diversos casos de estudio como el de una cavidad cubica con velocidad constante en una de sus caras (3D), flujo libre con obstáculo (2D), Tobera convergente (3D), cañera cilíndrica (3D) y una cañera (2D) simulados con las herramientas de calculo GPFEP y OpenFOAM. El proyecto integrador consiste en desarrollar un software para la visualización de soluciones numéricas de problemas de fluidodinámica. El visualizador 3D resultante permite al usuario interactuar con la geometría, analizar campos escalares y vectoriales obtenidos con los solucionadores de GPFEP y OpenFOAM aplicando diversos filtros que pueden ser combinados entre s. Además. el visualizador tiene dos modos de conexión con los solucionadores: el modo fuera de línea (oine), en el cual se carga el caso de estudio para su análisis, y el modo en línea (online) en el que el usuario puede controlar algunos parámetros de la simulación desde el visualizador permitiendo la observación de los resultados en tiempo de ejecución del solucionador. El repositorio con el código del visualizador se encuentra en la referencia [10].
Resumen en inglés
In the present work, the basic components of a 3D visualizer of computational fluid dynamics simulations were studied and implemented. The development was carried out in the C++ language using the libraries (VTK [4] and QT [5]) used by the reference viewers in this computational field, such as ParaView [6]. The purpose of the viewer is to extend the analysis and post-processing capabilities of the solver developed in the Computational Mechanics department called GPFEP [7]. The 3D viewer has the following components: VTK visualization engine, user interface, containers for storing geometry data structures and vector and scalar elds with different time steps, integrated interface with GPFEP and OpenFOAM [8] solvers, communication with the solver to change some simulation conditions at runtime, visual post-processing lters and planar slicing, successive filter application logic (based on tree algorithms), the ability to perform volumetric rendering from medical images. In particular, the following lters were implemented: 1. Streamlines ( with dierent integration methods and visual properties of the elements). 2. Pathlines (with temporary integration variables and generation of seeds by mask, sphere and line methods). 3. Flow through a plane calculation by dynamically selecting the plane in the graphical interface. 4. Vortex identication (2 and Enhanced Swirling Strength methods [9]). 5. Calculation of forces on a surface. 6. Determination of stagnation points. A validation study of the lter post-processing results was carried out for various study cases such as a cubic cavity with constant velocity on one of its faces (3D), free flow with an obstacle (2D), convergent nozzle (3D), cylindrical pipe (3D) and a pipe (2D) simulated with the GPFEP and OpenFOAM. This nal project objective is to develop a software for the visualization of numerical solutions of dynamic fluid problems. The resulting 3D viewer allows the user to interact with the geometry, analyze scalar and vector fields obtained with the GPFEP and OpenFOAM solvers by applying various filters that can be combined. What is more, the viewer has two modes of connection with the solvers: the oine mode in which the case study is loaded for analysis, and the online mode in which the user can control some parameters of the simulation from the viewer allowing the observation of the result in solver runtime. The repository with the code of the 3D viewer can be found in the reference [10].
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Computational fluid dynamics; Dinámica de fluido computacional; [3D visualizer; Visualizador 3D; C languge; Lenguaje C; Viewer fluid dynamics; Visualización fluidodinámica] |
| Referencias: | [1] Schroeder, Will, Martin, Ken, Lorensen, Bill. The visualization toolkit an objectoriented approach to 3d graphics fourth edition, 2006. xi, xi, 6, 16, 22 [2] Greenshields, C. J. Openfoam user guide. OpenFOAM Foundation Ltd., 2020. xi, xi, 11, 12 [3] Schroeder, Will, Martin, Ken, Avila, LS, et al. The VTK user's guide. 11a ed.. Kitware, 2010. xi, 15, 16 [4] VTK-Visualization Toolkit. https://vtk.org/. xv, xvii, 2, 5, 55 [5] Qt. https://www.qt.io/. xv, xvii, 2, 16, 55 [6] Paraview. https://www.paraview.org. xv, xvii, 1, 55 [7] Gustavo C. Buscaglia, Sergio D. Felicelli. GPFEP: Un sistema de generación de programas de elementos nitos. Mecánica Computacional - Centro Atomico Bariloche, 1994. xv, xvii, 6, 10 [8] OpenFOAM. https://openfoam.org/. xv, xvii, 6, 11, 56 [9] Chakraborty, P., Balachandar, S., Adrian, R. J. On the relationships between local vortex identication schemes. Journal of uid mechanics, 535, 189-214, 2005. xv, xvii, 36 [10] Repositorio del visualizador CFD. https://gitlab.com/Pedro.Montenegro/ visualizador-cfd.git. xvi, xviii, 56 [11] Segerlind, L. J., Saunders, H. Applied nite element analysis, 1987. 4 [12] Patankar, S. Numerical heat transfer and fluid flow. Taylor and Francis, pags. 29-39, 1980. 5 [13] Lew, A. El método de elemento nitos en entornos computacionales de alta performance. Trabajo Especial Carrera de Ingeniería Nuclear, Instituto Balseiro, 1998. 1 [14] Gmsh. https://gmsh.info/. 10, 11 [15] Biblioteca Boost C++. https://www.boost.org/. 14 [16] Multithreading in Qt. https://doc.qt.io/qt-5/threads-technologies.html.27 [17] White, F. M. Fluid mechanics. pags. 37-38, 223-230, 341{342, 1986. 31, 37, 50 [18] Jeong, J., Hussain, F. On the identication of a vortex. Journal of fluid mechanics, 285, 69-94, 1995. 35 [19] Kundu, P. K., Cohen, I. M. Fluid mechanics. pags. 29-35,94{99, 2002. 37 [20] Demostración del modo online de la aplicación. https://www.youtube.com/watch?v=qeJp99HhXac. 44 [21] Lew, Adrián J. El método de elementos nitos en entornos computacionales de alta performance", Tesis de grado, Ingeniería Nuclear, Instituto Balseiro (U.N.Cuyo,1998). 55 [22] Mariano I. Cantero, Juan E. Martín, E.A. Dari y G.C. Buscaglia. Simulación por elementos nitos de calentamiento no nuclear de un reactor de diseño compacto, 2000. 55 [23] Buscaglia, G. C., Dari, E. A., Ezequiel Martín, J., Arnica, D. L., Bonetto, F. J. Finite element modeling of liquid deuterium flow and heat transfer in a coldneutron source. International Journal of Computational Fluid Dynamics, 18 (5), 355-365, 2004. 55 [24] Córdoba, P. A., Silin, N., Dari, E. A. Natural convection in a cubical cavity lled with a fluid showing temperature-dependent viscosity. International Journal of Thermal Sciences, 98, 255-265, 2015. 55 [25] Video demostrativo de una versión del prototipo de la mesa de disección. https://www.youtube.com/watch?v=EH36ANOUC-k. [Online; 8-Mar-21]. 57 |
| Materias: | Ingeniería nuclear > Fluidodinámica computacional |
| Divisiones: | Gcia. de área de Aplicaciones de la tecnología nuclear > Gcia. de Investigación aplicada > Mecánica computacional |
| Código ID: | 1029 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 28 Abr 2022 15:37 |
| Última Modificación: | 28 Abr 2022 15:37 |
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