在自适应非结构网格上模拟湍流雾化的大规模并行精确保守水平集算法
本文提出了一种大规模并行且鲁棒的策略，用于在复杂几何结构的非结构化网格上模拟湍流不可压缩两相流。该策略将窄带精确保守水平集（ACLS）/鬼影流体框架与各向同性自适应网格细化相结合。这种组合能够准确捕获界面动力学和拓扑结构，液气界面上的小物理尺度可以以合理的成本解决。即使不是严格的质量守恒，ACLS方法也能确保平滑相位指示器的精确守恒，从而将液体质量守恒误差降至最低。在[O.Desjardins等人，J.Comput.Phys.227（2008）8395-8416]中首次提出的精确保守水平集框架中，界面被定义为双曲正切函数的等值线，该双曲正切函数被流体平流，然后使用重新初始化方程重塑。这种重新初始化有几种形式：Desjardins等人提出的原始ACLS形式涉及双曲正切梯度的数值估计，这在非结构化网格上很难精确计算。因此，它很容易引起界面的人为变形。最近在[R.Chiodi等人，J.Compute.Phys.343（2017）186-200]中提出了一种新形式，它利用了到经典距离水平集的映射，同时更好地保持了界面形状。然而，在非结构化网格上实现这种新形式需要特别小心。在这项工作中，提出了一种在非结构化网格上对这种新形式的稳健实现，并在YALES2低马赫数流动求解器中实现。为了计算界面法线和曲率，使用几何投影标记法（GPMM）在界面周围窄带的节点处并行重建有符号距离函数。该方法依赖于水平集等距三角剖分和到最近曲面元素的精确几何投影。首先通过经典的界面传输测试用例和两相流示例验证了整个过程的空间收敛性、鲁棒性和效率。最后，为了强调使用自适应网格细化的显著计算增益和计算具有大密度比的复杂湍流的能力，提出了两个空气中雾化液体射流的大涡模拟（LES），每个大涡模拟具有不同的分辨率。第一种是来自复合喷嘴的静止空气中的低压水射流，并充分计算了内部喷射器的流量，而第二种是横流中的高压煤油射流。两种模拟都通过了实验验证，证明了该方法的潜力，可以通过三维非结构化网格对射流不稳定性和内部流动动力学进行深入的数值研究。
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