Modelado de calor utilizando ray tracing

Abstract

Recientemente, diversos trabajos científicos han demostrado la viabilidad del uso de la técnica de ray tracing para modelar la transferencia de calor dentro de un cuerpo. La integración de esta técnica con algoritmos de aceleración (por ejemplo, estructuras jerárquicas) y procesadores altamente paralelizables (GPU) permite reducir considerablemente el tiempo de cálculo. En el presente trabajo se toma un caso de estudio presentado por Caliotet al. (2018) que calcula la distribución de calor en una pared de caras sólidas e interior poroso, considerando sólo conducción y radiación en régimen estacionario. Dicho caso de estudio utiliza Monte Carlo y ray tracing para simular el movimiento de partículas “portadoras de calor”, para calcular temperaturas a intervalos regulares dentro de la pared. Se desarrollaron dos variantes del algoritmo que permiten resolver el problema estudiado. La primera corresponde a la implementación en GPU del algoritmo presentado en el caso de estudio, y la segunda es una extensión de la primera en donde se reutiliza la información intermedia generada por caminos aleatorios. Ambas variantes se implementaron utilizando la biblioteca de ray tracing OptiX, que permite enfocarse en la solución del problema sin preocuparse por los detalles de implementación sobre GPU. Los resultados obtenidos con la primera variante son comparables en precisión a los presentados en la propuesta de Caliot et al.(2018). Con la segunda variante se obtuvieron mejoras tanto en el tiempo de cómputo como en el número de operaciones en comparación con la primera.