On‐The‐Fly Tracking of Flame Surfaces for the Visual Analysis of Combustion Processes
On‐The‐Fly Tracking of Flame Surfaces for the Visual Analysis of Combustion Processes
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即时跟踪火焰表面以对燃烧过程进行可视化分析
DOI：
10.1111/cgf.13331
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发表时间：
--
影响因子：
2.5
通讯作者：
Theisel H.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Oster T;Abdelsamie A;Motejat M;Gerrits T;Rössl C;Thévenin D.;Theisel H.
燃烧过程的可视化分析是现代流动可视化的挑战之一。在湍流燃烧研究中，火焰表面的行为包含了关于湍流和化学相互作用的重要信息。这一表面的提取和跟踪对于理解燃烧过程是至关重要的。这不可能作为后处理实现，因为涉及的数据集太大，无法存储在磁盘上。我们提出了一种在模拟过程中直接跟踪火焰表面的实时方法，并计算了任意时间间隔内的局部切向表面变形。在大规模并行模拟中，数据分布在许多进程中，并且在任何时候都只有一个时间步长在内存中。为了满足这种情况对并行性和精度的要求，我们用独立的微面片跟踪曲面，并根据需要调整它们的分布，以保持数值稳定性。通过我们的方法，我们使燃烧研究人员能够观察到火焰表面在较长时间内的详细运动和变形，从而对湍流-化学相互作用的机制有了新的见解。我们在分析的地面真实数据上验证了我们的方法，并在两个真实世界的模拟中展示了它的适用性。
The visual analysis of combustion processes is one of the challenges of modern flow visualization. In turbulent combustion research, the behaviour of the flame surface contains important information about the interactions between turbulence and chemistry. The extraction and tracking of this surface is crucial for understanding combustion processes. This is impossible to realize as a post‐process because of the size of the involved datasets, which are too large to be stored on disk. We present an on‐the‐fly method for tracking the flame surface directly during simulation and computing the local tangential surface deformation for arbitrary time intervals. In a massively parallel simulation, the data are distributed over many processes and only a single time step is in memory at any time. To satisfy the demands on parallelism and accuracy posed by this situation, we track the surface with independent micro‐patches and adapt their distribution as needed to maintain numerical stability. With our method, we enable combustion researchers to observe the detailed movement and deformation of the flame surface over extended periods of time and thus gain novel insights into the mechanisms of turbulence–chemistry interactions. We validate our method on analytic ground truth data and show its applicability on two real‐world simulations.
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