DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v20r322

Применение методов цифровой обработки изображений для визуализации газодинамических разрывов в сверхзвуковых потоках


Ключевые слова:

научная визуализация
вычислительная газовая динамика
течение
ударная волна
контактный разрыв
дифракция
рефракция

Аннотация

Рассматриваются подходы к выделению особенностей газодинамических полей, полученных при помощи методов сквозного счета. Для определения положения и типа разрыва из численного решения привлекаются идеи и методы цифровой обработки изображений, в частности методы выделения контуров объектов, основанные на разрывах яркости изображения. Для классификации газодинамических разрывов (нормальные ударные волны, косые ударные волны, тангенциальные разрывы, контактные разрывы) используются условия динамической совместности. Разработанный подход применим к результатам расчетов, полученных любым методом сквозного счета, облегчая и ускоряя обработку результатов численного моделирования, а также повышая объективность интерпретации полученных результатов. Приводятся примеры визуализации газодинамических разрывов, возникающих при дифракции и рефракции ударных волн.


Загрузки

Опубликован

28.06.2019

Выпуск

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Об авторах

П.В. Булат

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• заведующий лабораторией

К.Н. Волков

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• ведущий научный сотрудник


Библиографические ссылки

  1. V. N. Uskov, One-Dimensional Theory of Laval Nozzles (Baltic Gos. Tech. Univ., St. Petersburg, 2005) [in Russian].
  2. Z. Wu, Y. Xu, W. Wang, and R. Hu, “Review of Shock Wave Detection Method in CFD Post-Processing,” Chinese J. Aeronaut. 26 (3), 501-513 (2013).
  3. K. N. Volkov, V. N. Emelyanov, I. V. Teterina, and M. S. Yakovchuk, “Methods and Concepts of Vortex Flow Visualization in the Problems of Computational Fluid Dynamics,” Vychisl. Metody Programm. 17, 81-100 (2016).
  4. E. V. Vorozhtsov, Classification of Discontinuities in Gas Flows as the Pattern Recognition Problem , Preprint No. 23-86 (Khristianovich Inst. Theor. Appl. Mech., Novosibirsk, 1986).
  5. S. B. Bazarov, “Application of Digital Image Processing for the Visualization of Gas-Dynamic Processes,” in Application of Scientific Visualization in Applied Problems (Mosk. Gos. Univ., Moscow, 2000), pp. 39-42.
  6. A. Hadjadj and A. Kudryavtsev, “Computation and Flow Visualization in High-Speed Aerodynamics,” J. Turbul. 6 (2005).
    doi 10.1080/14685240500209775
  7. D. Lovely and R. Haimes, “Shock Detection from Computational Fluid Dynamics Results,” AIAA Paper (1999).
    doi 10.2514/6.1999-3285
  8. R. Samtaney and N. J. Zabusky, “Visualization, Feature Extraction and Quantification of Numerical Visualizations of High Gradient Compressible Flows,” in Flow Visualization Techniques and Examples (Imperial College Press, London, 2000), pp. 317-344.
  9. M. Kanamori and K. Suzuki, “Shock Wave Detection Based on the Theory of Characteristics for CFD Results,” AIAA Paper (2012).
    doi 10.2514/6.2011-3681
  10. M. Kanamori and K. Suzuki, “Shock Wave Detection in Two-Dimensional Flow Based on the Theory of Characteristics from CFD Data,” J. Comput. Phys. 230 (8), 3085-3092 (2011).
  11. E. V. Vorozhtsov, “On the Classification of Discontinuities by the Pattern Recognition Methods,” Comput. Fluids 18 (1), 35-74 (1990).
  12. A. Rosenfeld and A. C. Kak, Digital Picture Processing (Academic Press, New York, 1976).
  13. A. V. Mezhenin, Methods and Means of Pattern Recognition and Visualization (ITMO Univ., St. Petersburg, 2012).
  14. A. L. Afendikov, A. E. Lutskii, and A. V. Plenkin, “Wavelet Analysis of a Localized Structure in Ideal and Viscid Models,” Mat. Model. 23 (1), 41-50 (2011) [Math. Models Comput. Simul. 3 (4), 439-445 (2011)].
  15. P. V. Bulat, K. N. Volkov, and M. S. Yakovchuk, “Flow Visualization with Strong and Weak Gas Dynamic Discontinuities in Computational Fluid Dynamics,” Vychisl. Metody Programm. 17, 245-257 (2016).
  16. K. N. Volkov, V. N. Emel’yanov, I. V. Teterina, and M. S. Yakovchuk, “Visualization of Vortical Flows in Computational Fluid Dynamics,” Zh. Vychisl. Mat. Mat. Fiz. 57 (8), 1374-1391 (2017) [Comput. Math. Math. Phys. 57 (8), 1360-1375 (2017)].
  17. V. N. Uskov, Traveling One-Dimensional Waves (Baltic Gos. Tech. Univ., St. Petersburg, 2000) [in Russian].
  18. A. L. Andrianov, A. L. Starykh, and B. N. Uskov, Interference of Stationary Gas-Dynamic Discontinuity (Nauka, Novosibirsk, 1995) [in Russian].
  19. W. G. Habashi and P. L. Kotiuga, “Numerical Solution of Subsonic and Transonic Cascade Flows,” Int. J. Numer. Meth. Fl. 2 (4), 317-330 (1982).
  20. T. Yabe, F. Xiao, and T. Utsumi, “The Constrained Interpolation Profile Method for Multiphase Analysis,” J. Comput. Phys. 169 (2), 556-593 (2001).
  21. E. Yu. Echkina, S. B. Bazarov, and I. N. Inovenkov, Visualization in Research Studies (Mosk. Gos. Univ., Moscow, 2006) [in Russian].
  22. S. Cui, Y. Wang, X. Qian, and Z. Deng, “Image Processing Techniques in Shockwave Detection and Modeling,” J. Signal Inform. Process. 4 (3B), 109-113 (2013).
  23. K. N. Volkov, Yu. N. Deryugin, V. N. Emel’yanov, A. S. Kozelkov, and I. V. Teterina, Difference Schemes in Gas Dynamics on Unstructured Grids (Fizmatlit, Moscow, 2015) [in Russian].
  24. S. Osher and R. Fedkiw, The Level Set Methods and Dynamic Implicit Surfaces (Springer, New York, 2003).
  25. K. Takayama and O. Inoue, “Shock Wave Diffraction over a 90 Degree Sharp Corner,” Shock Waves 1 (4), 301-312 (1991).
  26. P. V. Bulat and K. N. Volkov, “Numerical Simulation of Shock Wave Diffraction over Right Angle on Unstructured Meshes,” Nauchno-Tekhn. Vestn. Inform. Tekhnol. Mekhan. Optiki 16 (2), 354-362 (2016).
  27. S. M. Liang and H. Chen, “Flow Visualization of Numerically Simulated Blast Waves Discharging from Open-Ended Duct,” AIAA J. 41 (12), 2420-2428 (2003).
  28. M. Van Dyke, An Album of Fluid Motion (Parabolic Press, Stanford, 1988).
  29. R. R. Nourgaliev, S. Y. Sushchikh, T. N. Dinh, and T. G. Theofanous, “Shock Wave Refraction Patterns at Interfaces,” Int. J. Multiph. Flow 31 (9), 969-995 (2005).
  30. P. V. Bulat and K. N. Volkov, “Numerical Simulation of Shock Wave Refraction on Inclined Contact Discontinuity,” Nauchno-Tekhn. Vestn. Inform. Tekhnol. Mekhan. Optiki 16 (3), 550-558 (2016).