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

Abstract

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.

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.