Visual analysis of injection processes

Abstract

The injection of fluid into a vacuum can be simulated with different simulation architectures. This thesis tries to establish a link between particle and grid-based simulations based on the fluid droplets formed in such simulations. For this, a shared data representation is introduced, which enables the use of the same analysis and visualization methods for either particle or grid-based data. As such, techniques were implemented to extract droplets and their corresponding descriptions from the simulation data. Moreover, these droplets are also tracked over time to capture their evolution throughout the simulation. The resulting droplets and their trajectories are then visualized in a way that showcases their behavior across the entire simulation time. These methods were implemented as generalized MegaMol modules and are available for further use as open source software. Furthermore, the droplet trajectories and the interactions between them were analyzed for a sample particle simulation. This is done once in a standalone manner and once in a comparison between grid and particle based data. The comparison was performed by creating grid data from particle data and applying the tracking and analysis techniques to both, to test if the results are comparable. It was found that the comparison between two different simulation architectures is possible, but still poses some challenges when trying to relate the extracted droplet behavior.

Einspritzverfahren von Flüssigkeiten in ein Vakuum können durch unterschiedliche Metodiken simuliert werden. Diese Arbeit versucht eine Verbindung zwischen den häufig eingesetzten Partikel- und Gitter basierten Simulationsdaten herzustellen. Dafür wird eine gemeinsame Datenräpresentation eingeführt, welche die Nutzung der selben Analyse- und Visualisierungsmethoden für beiderlei Daten ermöglicht. Dazu wurden Techniken implementiert, um Tropfen und ihre beschreibenden Metriken aus den Simulationsdaten zu extrahieren. Darüber hinaus werden diese Tröpfchen auch über die Simulationszeit verfolgt, um ihre Entwicklung über die Zeit hinweg zu erfassen. Die resultierenden Tröpfchen und ihre Flugbahnen werden dann so visualisiert, dass ihr Verhalten über die gesamte Simulationszeit sichtbar wird. Diese Methoden wurden als allgemeine einzelnstehende MegaMol-Module implementiert und werden als Open Source Software zur Verfügung gestellt. Weiterhin wurden die Tröpfchenbahnen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen für eine gegebene Partikelsimulation analysiert. Dies erfolgt zum einen für eine einzeln stehende Simulation an sich und einmal im Vergleich zwischen Gitter- und Partikelbasierten Daten. Der Vergleich wurde durchgeführt, indem die Rasterdaten aus Partikeldaten erstellt und die eingeführten Verfolgungs- und Analysetechniken auf beide angewendet wurden, um zu testen, ob die Ergebnisse vergleichbar sind. Es wurde dabei festgestellt, dass der Vergleich zwischen zwei verschiedenen Simulationsarchitekturen zwar möglich ist, aber dennoch einige Herausforderungen mit sich bringt, wenn versucht wird, das extrahierte Verhalten der Tropfen in Beziehung zu setzen.