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Lagrangian coherent track initialization

Ali Rahimi Khojasteh, Yin Yang, Dominique Heitz, Sylvain Laizet, et al.

Résumé

Les techniques 4D-PTV pour mesurer la vitesse d’un flux en suivant le mouvement tridimensionnel de particules, s’appuient sur des estimations toujours plus précises des trajectoires des particules portées par le fluide. Une nouvelle méthode d'initialisation des trajectoires cohérentes localement en espace et en temps avec les trajectoires voisines est proposée. L’approche applique l'exposant de Lyapunov en temps fini (FTLE) basé sur la physique pour construire des trajectoires cohérentes à partir de quatre pas de temps. Nous déterminons localement les structures cohérentes lagrangiennes parmi les trajectoires voisines en utilisant les limites FTLE (c'est-à-dire les crêtes) pour distinguer les groupes de mouvements cohérents. Pour évaluer la technique proposée, nous avons créé un ensemble de données synthétiques en accès libre, basé sur un écoulement turbulent de sillage en aval d'un cylindre obtenu par simulation numérique directe tridimensionnelle. L’évaluation de la performance de la méthode basée sur trois paramètres caractéristiques, l'échelle temporelle, la concentration en particules et le bruit, a montré un comportement robuste pour trouver les vraies trajectoires, en comparaison avec les récents algorithmes d’initialisation. La sensibilité de l’approche au nombre de trajectoires non suivies ou erronées est également discutée. La technique permet d’initialiser des méthodes 4D-PTV en empêchant leur divergence dans les écoulements avec de fortes concentrations de particules. Sur un écoulement réel de jet impactant l’approche proposée démontre aussi toute ses qualités pour des mouvements avec des gradients de vitesse et d'accélération élevés.

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https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/5.0060644