Desarrollo e implementación de un algoritmo paralelo de identificación de vórtices en simulaciones DNS

Abstract

[ES] En este trabajo se ha desarrollado e implementado en Fortran un algoritmo en paralelo para detectar y seguir la evolución temporal de los vórtices presentes en un ujo turbulento calculado mediante simulaciones DNS. Para agregar los vórtices, que son estructuras coherentes tridimensionales, el algoritmo desarrollado primero agrupa regiones coherentes bidimensionales en planos para convertirlas en nodos de un grafo. Las aristas de este grafo se sitúan entre nodos de planos consecutivos que coincidan en al menos un punto en dos dimensiones. Una vez construido el grafo el programa obtiene sus componentes conexos, y cada uno de ellos será un vórtice. Tras agregar los vórtices para una serie de pasos temporales, el programa compara las estructuras presentes en pasos temporales consecutivos, usando sus características geométricas en primer lugar y comparando punto por punto después, para así estudiar la evolución temporal de los torbellinos presentes en el campo uido. La evolución temporal de cada vórtice y sus interacciones con otros se guardan en una base de datos, desde la que se pueden representar los vórtices mediante grafos representativos de su vida e interacciones, imágenes y animaciones.

[EN] In this project a parallel vortex identification and tracking algorithm has been developed and implemented in Fortran to detect and follow the evolution of vortices present in uid Fields obtained as a result of DNS simulations. To aggregate vortices, which are coherent three-dimensional structures, the developed algorithm first groups coherent regions in two-dimensions in every plane which are the nodes of a graph. This graph will has its edges between every two nodes in consecutive planes which share at least one point in two dimensions. Once the graph is built, the program groups its connected components, each being representative of a vortex. The program performs this operations for a series of time steps and then compares the structures present in pairs of consecutive time steps, first using the structures' geometric features and then performing a point to point comparison, obtaining then the evolution of the vortices present in the fluid field. The evolution of the vortices and their interactions with others are saved in a database, from which vortices can be represented by means of graphs representing their lives and interactions, images and animations.

[CA] En aquest treball s'ha desenvolupat i implementat en Fortran un algoritme en paral·lel per detectar i seguir l'evolució temporal dels vórtices presents en uxos turbulents obtinguts mitjançant simulacions DNS. Per agregar els vórtices, que són estructures coherents tridimensionals, el algoritme desenvolupat primer agrupa regions coherents bidimensionals per convertir-les en els nodes d'un grafs. Les aristes d'aquest graf es situen entre els nodes de plans consecutius que coincidisquen en almenys un punt en dos dimensions. Després de construir el graf, el programa agrupa els seus components conexos, i cadascú serà un vòrtex. Després d'agregar els vórtices per una sèrie de passos temporals, el programa després compara les estructures presents en passos temporals consecutius, utilitzant les seues característiques geomètriques primer i comparat punt a punt després, per així estudiar l'evolució temporal dels vórtices presents al camp fugit. L'evolució temporal de cadascun dels vórtices i les seues interaccions amb els altres es guarden en una base de dades, des de la qual es poden representar els vórtices mitjançant grafs representatius de les vides i interaccions, imatges i animacions.