Métodos particle-in-cell para simulação anisotrópica de fluidos

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Parreiras, Emanuel Antônio
• Orientador(a): Vieira, Marcelo Bernardes
• Banca de defesa: Bernardino, Heder Soares , Giraldi, Gilson Antonio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Simulação de fluidos; Decomposição de Helmholtz anisotrópico; Particle-in-cell; Equação de poisson tensorial; Fluid simulation; T-poisson equation
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00438; https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17712

Este trabalho apresenta dois métodos para redirecionar um fluxo de fluido utilizando campos tensoriais em simulações baseadas em métodos particle-in-cell. O nosso foco é usar o campo tensorial como um meio para defletir fluidos para geração de efeitos em Computação Gráfica. Este trabalho adapta a formulação clássica do método Fluid-Implicit-Particle (FLIP) incluindo a informação dos tensores durante os passos da projeção e advecção. São apresentadas duas novas abordagens numéricas para a resolução da projeção anisotrópica, uma baseada em faces e outra baseada em faces e arestas. O desenvolvimento desses métodos visa garantir uma simulação estável, suave e livre de divergente. Para tal, são empregadas duas estrturas em grade escalonada. A grade Marker-and-Cell (MAC) clássica é utilizada para armazenar o campo de velocidades e para encontrar o campo projetado pela projeção baseada em face. Entretanto, para comportar valores armazenados nas arestas, uma extensão para essa categoria de grade é proposta, sendo também utilizada na projeção baseada em face e aresta. Foi proposta uma nova advecção baseada no método Runge-Kutta de ordem três, onde incorporamos a deflexão tensorial como um campo de aceleração. Também é proposta uma força externa que visa balancear os efeitos do tensor na borda fluido-vazio. Tal força age para evoluir o fluxo na região, fazendo com que o campo tensorial exerça um efeito de meio permeável. Para mostrar as capacidades de cada abordagem, são realizados testes individuais e com diferentes categorias de campos tensoriais. Além disso, um experimento comparativo é apresentado para analisar os aspectos visuais e numéricos de cada método. Com esses experimentos é possível entender como diferentes tipos de tensores afetam o comportamento do fluido nas diferentes abordagens.