Décrire des géométries complexes, simuler et visualiser des écoulements en "temps réel" sur votre PC, sont des taches accessibles à un PC d'aujourd'hui. Le freeware présenté ici intègre ces différents aspects: construction d'un maillage par "CSG", modélisation par la méthode FHP, et visualisation des resultats
Ce soft est le résultat d'une "expérience informatique". Le genre de chose faite en parallèle, et qui doit ne prendre que 5 minutes. (enfin, c'est ce que je me suis dit au début).
A l'origine, quelques rares papiers quand je faisais mes études sur les automates cellulaires, puis un article dans la Recherche (Avril 1993) sur l'hydrodynamique sur réseau. Et aussi le fait qu'ayant écrit un solveur Navier-Stockes avec de la combustion en volumes finis, les sources ne se compilent plus, et que ces méthodes sont un peu compliquées à utiliser pour juste se faire plaisir à visualiser des écoulements. Il faut dire que le graphique n'a plus rien à voir avec celui des années fin 80, la programmation événementielle transforme le moindre bout de code à deux balles en usine à gaz. Surtout dans le domaine 'modélisation/simulation'. Enfin, je trouve…
Bref, après avoir renoué avec l'envie d'expérimenter, j'ai été surpris de voir très vite des écoulements intéressants à l'écran. A partir de là, le plus facile était fait, et je savais que transformer le soft en quelque chose de pas trop buggé, d'utilisable par quelqu'un d'autre prendrait du temps, et serait un travail souvent ingrat, et seulement parfois amusant. Mais comme pour le simulateur de billard, je ne pouvais pas ne pas partager.
Le résultat, vous l'avez ici. Rien à voir avec les softs 'pros', les ressources ne sont pas les mêmes, la motivation non plus. Je vous propose donc "une boite d'expériences" (Ecoulements 2000 ?) , qui je l'espère vous permettra de satisfaire votre curiosité, et de regarder le monde physique qui nous entoure avec un œil différent. Si vous êtes du genre à vous émerveiller, à chaque fois, devant le sillage d'un canard dans un étang, vous me comprenez….
Avec ce soft, vous pourrez jouer à l'apprenti sorcier sur votre pc. Vous pourrez définir des formes, les placer dans des écoulements, modifier à loisir les géomètries, les vitesses des fluides…
Enfin…. Presque tout cela.
Si la version freeware de ce soft existe, c'est également grâce à l'aide d'un collègue très au fait des interfaces graphiques. Il a été le premier testeur, et est à l'origine de nombreuses améliorations sur l'ergonomie générale du soft. Sans lui, ce soft serait probablement encore dans un carton, à lire des fichiers de commande et à générer des images en batch.
Voir en temps réel des écoulements "complexes" sur l'écran d'un PC nécessite quelques simplifications. Aussi, pas d'éléments ou de volumes finis dans ce soft, mais une utilisation basique d'un modèle basé sur la simulation de particules. Pas de valeurs numériques pour la pression, la densité ou la température non plus. Mon but est avant tout de voir des choses à l'écran. Et de vous faire donner le moyen de jouer vous même.
Néanmoins, les écoulements simulés, sont assez proches de ce que l'on observe autour de nous. Et même si ce n'est pas excessivement simple, en quelques minutes, vous pourrez créer vos propres objets.
Enfin, pour fixer les idées, les images obtenues sur cette page et les pages liées ont été faites sur un PC qu'on peut qualifier de base fin 2004. (Athlon a 1,8GHz, avec 256Mo). Sur un beau PC, ça doit vraiment être agréable…
Devant l'évidence qui me dit que seuls les "teigneux" prendront assez de temps et d'énergie pour créer leurs propres modèles, naviguer entre les bugs, ne pas essayer de comprendre pourquoi ce cas marche et pas l'autre, etc … J'ai fait ce que je considère comme une évolution majeure:
Une version qui démarre sur une démo beaucoup plus complète que dans les versions précédentes. C'est une version 'expérimentale', mais qui risque d'évoluer. Revenez donc faire un tour de temps en temps si vous voulez la toute dernière version.
Parmi les autres améliorations par rapport aux versions précédentes:
- La prise en compte d'actions à distance: (programmé un peu rapidement. Un facteur 10 devrait être assez facile à obtenir sur le temps des itérations)
- La possibilité de définir des zones locales de gravité… (Dit plus simplement: il est possible de définir des zones où la 'gravité' est dirigée en haut, en bas, à droite ou à gauche. Cela simule des pompes ou des ventilateurs en quelque sorte.)
Donc, avant de lire la suite, Téléchargez la démo ci dessus (298Ko tout compris) , dézippez l'archive, et lancez l'exécutable.
Pour quitter, c'est ESCAPE puis ALT F. (sur certain PCs, cliquer sur la croix ne ferme pas bien le soft…)
Pour arrêter le démo en cours, charger un autre fichier, c'est ESCAPE puis F1.
Pour interrompre la démo, mais continuer l'exemple courant, c'est ESCAPE puis F5
Je n'ai jamais eu de problèmes de Virus, mais méfiez-vous si vous recevez cette archive par d'autre sources…
Ensuite, executez l'application, (ne touchez à rien) et laissez les démos s'exécuter.
Les fichiers seront générés sur le disque et vous serviront d'exemple si vous voulez aller plus loin. Avec l'aide des autres pages de ce site.
Voici quelques images racoleuses…
J'espère que la curiosité vous incitera après cela à parcourir le site, je compte y mettre des détails sur les algorithmes et compléter la galerie d'exemples.
Une géométrie complexe, beaucoup de vecteurs vitesse, un peu de niveaux de gris en arrière plan pour l'énergie cinétique.
Il faut 5 ou 6 minutes de calcul pour atteindre cet état. Mais les images intermédiaires sont elles aussi agréables a regarder.
Plus "sobre":
L'injection des particules se fait par la gauche. Les demi-cercles bleus.
La sortie du fluide se fait sur le bord vertical droit. Un subtil réglage permet de simuler une certaine pression à la sortie.
Vous noterez qu'il ne sont pas de la même taille. Ce qui conduit à une dissymétrie lorsque les deux jets se "détendent" dans la cavité centrale.
Notez également que les écoulements sont très visqueux. Obtenir de grands nombres de Reynolds n'est pas facile avec ce soft.
Enfin, sont en jeux dans cet exemple 1.977.384 particules , et le nombre de mailles s'élève à 1.025.647. Dans ces conditions, l'ordre de grandeur est une dizaine d'itérations à la seconde. (J'avais dit que je mettais de jolis exemple.)
L'exemple suivant est un peu plus surprenant pour les connaisseurs. Au prix de "légères" modifications, il est possible de simuler des écoulements de fluide soumis à la gravite. Très joli.
C'est le fichier "Demo18.csg", qui est généré lorsque vous laissez la démo tourner.
Si vous voulez aller plus loin, suivez les liens. Certaines pages sont en construction, ou au stade de brouillon. Je préfère les faire évoluer plutôt que d'attendre de les publier lorsqu'elles auront atteint un niveau satisfaisant. Soyez indulgent, et signalez moi les erreurs et fautes d'orthographe gênantes.
Si vous désirez créer vous même vos géometries, je vous encourage fortement à suivre le lien suivant, et à ouvrir dans une autre fenêtre un éditeur de texte avec un des fichiers généré par la démo. N'oubliez pas de sauver fréquemment vos essais, et de modifier petites touches par petites touches.
Un fichier "tmp.log" est généré à chaque lancement du soft, et contient des informations sur les dernières opérations effectuées.
Si votre fichier de géométrie est incorrect, regardez dans ce fichier la dernières ligne. L'erreur doit être indiquée.
Cette page est encore en projet. Il existe de nombreux sites sur le web où sont expliquées les diverses méthodes de modélisation d'écoulement basées sur des particules ou des réseaux. Vous trouverez votre bonheur en cherchant des mots clefs tels que:
LGA : pour lattice gaz automata
FHP: les initiales des concepteurs de ces méthodes.
"gaz sur réseaux" ou "particules+reseaux+fhp+ …".
J'essayerai quand même de faire une page de "physique approximative appliquée aux modélisations d'écoulements à faible Reynolds" dès que possible, et si le besoin s'en fait sentir.
La principale difficulté qui me pousse à différer l'écriture de cette page est de faire quelque chose d'original. Il existe de très nombreux sites consacrés à ces aspects de la résolution de problèmes issus de la mécanique des fluides, souvent ardus, et qui se limitent à cerner les domaines de validité des méthodes.
J'aimerais pour ma part décrire succinctement la façon d'établir les équations caractéristiques de la meca-flux, (à la physicienne), et donner quelques indications sur les difficultés rencontrées par un numericien pour résoudre ces équations.
Quant à l'aspect physique de la simulation et la validité des méthodes à particule, je ne me hasarderai pas sur ce terrain que je n'ai découvert que par la pratique. Encore une fois, je ne connais pas trop les caractéristiques des fluides simulés. Disons que ca se situe entre "l'eau sèche" chère à Feymann et le "burnium de bittenbar" cher à Frederic Dard.
Ici aussi, c'est en projet. J'aimerai présenter la partie construction du maillage, et également l'architecture générale du soft. Ca aiderait quelqu'un ?
Il n'y a rien de bien méchant, si ce n'est comme d'habitude, la résolution d'une multitude de petits problèmes. Tout comme pour la "simulation de billard", ce soft est un prototype, et les sources ne sont pas très "montrables".
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