×
潘晓敏;Kim、Ki-Ha;Choi，Jung-Il先生

求解非Oberbeck-Boussineq自然对流流动的基于整体投影的交错时间离散方法。 （英语） Zbl 07536752号

J.计算。物理学。 463，文章ID 111238，22 p.（2022）.
摘要：本文提出了一种高效的基于整体投影的交错时间离散化方法（MPM-STD），用于研究流体性质随温度变化剧烈的几个自然对流问题中的非Oberbeck-Boussineq（NOB）效应。该方法采用Crank-Nicolson格式和交错时间离散化来离散动量和能量方程。动量和能量方程通过在积分时间水平（n+1）上计算速度矢量和在半积分时间水平上计算标量变量（压力和温度）来解耦。观测到的所有项的密度变化都会导致一个变系数泊松方程，这是很难有效求解的。通过采用适当的压力修正方案，将上述泊松方程转换为常有效形式，加快了收敛速度空气中的问题证实了该方法的二阶时间和空间精度。通过模拟考虑NOB效应的空气中的二维DHC问题和液体（水或甘油）中的RBC问题，可以得出结论：所提出的MPM-STD大大缓解了时间步长限制，从而提高了计算效率，超过了现有的半隐式和显式格式。此外，通过对NOB效应下的湍流RBCs进行直接模拟，证明了所提出的方法在解决具有挑战性的三维（3D）湍流问题方面的潜力，NOB效应涉及高达60K的温差和相应的瑞利数（\（\mathrm｛Ra｝=10^6\））。

引用于5文件

MSC公司：

76平方英尺 湍流
76卢比 扩散和对流
7.6亿 流体力学基本方法

关键词：

基于整体投影的方法;交错时间离散化;变系数泊松方程;非Oberbeck-Boussineq近似

软件：

FFTW公司;PaScaL_时分多址
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{X.Pan}等人，《计算杂志》。物理学。463，文章ID 111238，22 p.（2022；Zbl 07536752）
全文： 内政部

参考文献：

[1] Grötzbach，G.，Rayleigh-Bénard对流直接数值模拟的空间分辨率要求，J.Compute。物理。，49, 2, 241-264 (1983) ·Zbl 0503.76070号
[2] Horanyi，S。；Krebs，L。；缪勒，美国，低普朗特数流体中的湍流Rayleigh-Bénard对流，国际热质传递杂志。，42, 21, 3983-4003 (1999) ·Zbl 0944.76507号
[3] 史蒂文斯，R.J。；Verzicco，R。；Lohse，D.，Rayleigh-Bénard对流中的径向边界层结构和Nusselt数，J.流体力学。，643, 495-507 (2010) ·Zbl 1189.76286号
[4] 潘，X。；Kim，K。；Lee，C。；Choi，J.-I.，自然对流问题的解耦整体投影方法，J.Compute。物理。，314160-166（2016）·Zbl 1349.76518号
[5] 潘，X。；Kim，K。；Lee，C。；Choi，J.-I.，自然对流问题的完全解耦整体投影法，J.Compute。物理。，334, 582-606 (2017) ·Zbl 1375.76178号
[6] 潘，X。；Lee，C。；Choi，J.-I.，含时共轭传热问题的高效单片投影方法，计算机J。物理。，369, 191-208 (2018) ·Zbl 1392.76043号
[7] 潘，X。；Kim，K.-H。；Choi，J.-I.，自然对流问题交错时间离散的高效整体投影法，国际热质交换杂志。，144，第118677条pp.（2019）
[8] Kim，K.-H。；Kang，J.-H。；潘，X。；Choi，J.-I.，Pascal_tdma:大规模三对角系统的并行可伸缩解算器库，计算。物理学。社区。，260，第107722条pp.（2021）·Zbl 1515.65277号
[9] Oberbeck，A.，Un ber die Wärmeleitung der Flüssigkeiten bei berücksichtigung der Strömungen infolge von Temperaturdifferenzen，Ann.Phys。，243, 6, 271-292 (1879)
[10] Boussinesq，J.，《chaleur的分析：热动力学与热动力学的调和》，第2卷（1903年），Gauthier-Villars
[11] 格雷，D.D。；Giorgini，A.，液体和气体的Boussinesq近似的有效性，《国际热质传递杂志》。，19545-551（1976年）·Zbl 0328.76066号
[12] 张，J。；Childress，S。；Libchaber，A.，《非住宅效应：对称性破坏的热对流》，Phys。流体，9，4，1034-1042（1997）·Zbl 1185.76019号
[13] Ahlers，G。；布朗，E。；初级F.F.A。；Funfscrilling，D。；格罗斯曼，S。；Lohse，D.，强湍流Rayleigh-Bénard对流中的Non-Oberbeck-Boussineq效应，J.流体力学。，569, 409-445 (2006) ·Zbl 1104.76004号
[14] Ahlers，G。；Araujo，F.F。；Funfscrilling，D。；格罗斯曼，S。；Lohse，D.，气体Rayleigh-Bénard对流中的Non-Oberbeck-Boussineq效应，物理学。修订稿。，第98、5条，第054501页（2007年）
[15] 杉山，K。；Calzavarini，E。；格罗斯曼，S。；Lohse，D.，《甘油中二维Rayleigh-Bénard对流中的非Oberbeck-Bussinesq效应》，欧洲物理。莱特。，第80、3条，第34002页（2007年）
[16] 杉山，K。；Calzavarini，E。；格罗斯曼，S。；Lohse，D.，二维非Oberbeck-Boussineq Rayleigh-Bénard水对流中的流动组织，J.流体力学。，637105-135（2009年）·Zbl 1183.76765号
[17] 霍恩，S。；O.Shishkina。；Wagner，C.，《甘油三维Rayleigh-Bénard对流中的非Oberbeck-Boussineq效应》，《流体力学杂志》。，724, 175-202 (2013) ·Zbl 1287.76208号
[18] 夏，S.-N。；万，Z.-H。；刘，S。；王，Q。；Sun，D.-J.，具有非Oberbeck-Bussinesq效应的Rayleigh-Bénard对流中的流动逆转，流体力学杂志。，798, 628 (2016) ·Zbl 1422.76167号
[19] Demou，A。；Frantzis，C。；Grigoriadis，D.，《高效模拟非Oberbeck-Boussineq流的数值方法》，《国际热质传递杂志》。，125, 1156-1168 (2018)
[20] 刘，S。；夏，S.-N。；Yan，R。；万，Z.-H。；Sun，D.-J.，具有非Oberbeck-Boussineq效应的理想气体Rayleigh-Bénard对流的线性和弱非线性分析，J.流体力学。，845, 141-169 (2018) ·Zbl 1406.76077号
[21] Demou，A.D。；Grigoriadis，D.G.，《具有非Oberbeck-Boussineq效应的水中Rayleigh-Bénard对流的直接数值模拟》，《流体力学杂志》。，881, 1073-1096 (2019) ·Zbl 1430.76302号
[22] 万，Z.-H。；魏，P。；Verzicco，R。；Lohse，D。；Ahlers，G。；Stevens，R.J.，Rayleigh-Bénard对流中侧壁对传热和流动结构的影响，流体力学杂志。，881, 218-243 (2019) ·Zbl 1430.76436号
[23] 王，Q。；夏，S.-N。；Yan，R。；Sun，D.-J。；Wan，Z.-H.，因充满空气的差热方形腔体中存在较大温差而产生的非贝贝克-布西西克效应，国际热质交换杂志。，128, 479-491 (2019)
[24] 万，Z.-H。；王，Q。；王，B。；夏，S.-N。；周，Q。；Sun，D.-J.，《关于大温差下Rayleigh-Bénard空气对流中的非Oberbeck-Boussineq效应》，《流体力学杂志》。，889，A10（2020年）
[25] Yik，H。；瓦洛里，V。；Weiss，S.，强非Oberbeck-Boussineq条件下的湍流Rayleigh-Bénard对流，Phys。流体版本，第5、10条，第103502页（2020年）
[26] 多德，M.S。；Ferrante，A.，《不可压缩双流体流动的快速压力校正方法》，J.Compute。物理。，273416-434（2014）·Zbl 1351.76161号
[27] 潘，X。；Lee，C。；Kim，K。；Choi，J.-I.，不可压缩Navier-Stokes方程的速度分量解耦投影法分析，计算。数学。申请。，71, 8, 1722-1743 (2016) ·Zbl 1443.65137号
[28] Yee，K.，各向同性介质中麦克斯韦方程初边值问题的数值解，IEEE Trans。天线传播。，14, 3, 302-307 (1966) ·Zbl 1155.78304号
[29] Zerkak，O。；科兹洛夫斯基，T。；Gajev，I.，核反应堆分析的多物理时间耦合方法综述，Ann.Nucl。能源，84，225-233（2015）
[30] 梁，R.M。；Warming，R.，可压缩Navier-Stokes方程的隐式因子格式，AIAA J.，16，4，393-402（1978）·Zbl 0374.76025号
[31] Harville，D.A.，《统计学家视角下的矩阵代数》（2008），施普林格科学与商业媒体·Zbl 1142.15001号
[32] Kim，K。；Baek，S.-J。；Sung，H.J.，《不可压缩Navier-Stokes方程的隐式速度解耦程序》，国际期刊数值。液体方法，38，2，125-138（2002）·Zbl 1059.76046号
[33] Dong，S。；Shen，J.，《大密度比两相不可压缩流相场模拟中涉及常数矩阵的时间步进格式》，J.Compute。物理。，231, 17, 5788-5804 (2012) ·Zbl 1277.76118号
[34] Kim，J。；Moin，P.，《分数步法在不可压缩Navier-Stokes方程中的应用》，J.Compute。物理。，59, 2, 308-323 (1985) ·Zbl 0582.76038号
[35] 弗里戈，M。；Johnson，S.G.，FFTW 3.3.8-文件（2018年）
[36] 潘，X。；Chun，S。；Choi，J.-I.，化学趋化物驱动生物转化问题的高效整体投影方法，计算机。数学。申请。，84, 166-184 (2021) ·Zbl 1524.76268号
[37] Choi，H。；Moin，P.，计算时间步长对湍流数值解的影响，J.Compute。物理。，113, 1, 1-4 (1994) ·Zbl 0807.76051号
[38] 贝尔蒙特，A。；Tilgner，A。；Libchaber，A.，热湍流中的边界层长度尺度，物理。修订稿。，70, 26, 4067 (1993)
[39] 周，Q。；Xia，K.-Q.，矩形网格内湍流Rayleigh-Bénard对流的热边界层结构，流体力学杂志。，721, 199-224 (2013) ·Zbl 1287.76132号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。