Segmentación Binaria In-Situ de Flujos 3D Dependientes del Tiempo en Regiones Laminares y Turbulentas

La transición de flujo laminar a turbulento es un tema de investigación de larga data en el campo de la mecánica de fluidos. Una necesidad básica para tales estudios es una distinción entre flujo laminar y turbulento. En particular, se desea una segmentación binaria donde las regiones laminares y turbulentas se comporten de manera consistente a lo largo del tiempo. Trabajos previos en este sentido han dado resultados inconsistentes, o están restringidos a variedades en 2D, descuidando la naturaleza tridimensional del problema. En este artículo, presentamos un nuevo uso de métodos basados en características para segmentar un flujo 3D dependiente del tiempo en regiones de comportamiento laminar y turbulento. Se basa en la extracción de extremos locales de un campo escalar como la velocidad en la dirección del ancho. Resulta que la existencia de muchos extremos en una región es un buen indicador de turbulencia. Derivamos una función de densidad a partir de los extremos extraídos usando una Estimación de Densidad de Núcleo (KDE) y la umbralizamos para lograr una segmentación binaria en regiones laminares y turbulentas. Utilizamos un enfoque de procesamiento in-situ para el análisis de datos durante la ejecución de la simulación. Los dos componentes principales de nuestro método exhiben características de rendimiento drásticamente diferentes: la extracción de extremos es paralela de forma embarazosa, mientras que el KDE consume más tiempo. Por lo tanto, desacoplamos nuestros componentes algorítmicos para lograr un mejor rendimiento general del sistema. Nuestro método muestra resultados consistentes y permite a los científicos del dominio estudiar los aspectos tridimensionales de la transición laminar-turbulenta que eran difíciles de evaluar anteriormente.