×

使用格子Boltzmann方法在非实体填充笛卡尔网格上进行近壁建模的湍流通道流动模拟。 (英语) Zbl 1524.76290号

摘要:提出了一种基于格子Boltzmann方法的大涡模拟近壁模型。进一步发展了基于分布函数重构的现有近壁模型,以计算非实体填充笛卡尔网格上的高雷诺数壁面湍流。在现有重构模型中引入了以下三个思想:(1)引入成像点,(2)考虑到计算网格上的雷诺剪切应力,将子网格尺度和雷诺平均Navier-Stokes涡流粘度混合,以及(3)修改壁面附近的速度和涡流粘度剖面。为了验证所提出的模型,对非实体填充笛卡尔网格上的湍流通道流动进行了数值模拟。计算了笛卡尔网格线与壁面边界夹角的三种不同情况,并将计算结果与直接数值模拟或半解析剖面的结果进行了比较,包括流向速度、解析雷诺剪切和法向应力剖面。该模型稳健且准确,无论笛卡尔网格线与墙边界之间的夹角如何,均能获得令人满意的结果。

MSC公司:

76米28 粒子法和晶格气体法
76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
76-02 流体力学相关研究博览会(专著、调查文章)
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Sagaut,P.,《不可压缩流动的大涡模拟:导论》(2006),Springer Science&Business Media·Zbl 1091.76001号
[2] Garnier,E。;N.亚当斯。;Sagaut,P.,《可压缩流动的大涡模拟》(2009),Springer Science&Business Media·兹比尔1179.76005
[3] Abbas-Bayoumi,A。;Becker,K.,《飞机气动设计数值模拟的工业观点》,J.Math。Ind.,1,1,第10条pp.(2011)
[4] A.詹姆逊。;Ou,K.,跨音速飞机设计50年,Prog。Aerosp.航空公司。科学。,47308-318(2011年)
[5] Spalart,P.R.,《关于机翼LES可行性和混合RANS/LES方法的评论》,(第一届AFOSR DNS/LES国际会议论文集(1997),格雷登出版社)
[6] Spalart,P.R.,《分离涡流模拟》,年。Rev.流体机械。,41, 181-202 (2009) ·Zbl 1159.76036号
[7] Piomelli,U.,用于大涡模拟的壁层模型,Prog。Aerosp.航空公司。科学。,44, 6, 437-446 (2008)
[8] 拉尔森,J。;卡瓦伊,S。;Bodart,J。;Bermejo-Moreno,I.,《模拟墙应力的大涡模拟:最新进展和未来方向》,Mech。工程版次,3,1,15-00418(2016)
[9] Bose,S.T。;Park,G.I.,《复杂湍流的壁模型大涡模拟》,年。Rev.流体机械。,50, 535-561 (2018) ·Zbl 1384.76028号
[10] Baggett,J.S.,《关于附加湍流近壁区LES与RANS合并的可行性》,Annu。Res.Briefs,267-277(1998)
[11] 弗罗里奇,J。;Von Terzi,D.,湍流模拟的混合LES/RANS方法,Prog。Aerosp.航空公司。科学。,44, 5, 349-377 (2008)
[12] Deardorff,J.W.,《大雷诺数下三维湍流通道流动的数值研究》,J.流体力学。,41, 2, 453-480 (1970) ·Zbl 0191.25503号
[13] 卡瓦伊,S。;Larsson,J.,《大涡模拟中的壁面模型:长度尺度、网格分辨率和精度》,Phys。流体,24,1,第015105条pp.(2012)
[14] 查普曼,D.R.,《计算空气动力学发展与展望》,AIAA J.,17,12,1293-1313(1979)·Zbl 0443.76060号
[15] Choi,H。;Moin,P.,《大涡模拟的网格点要求:查普曼重新评估》,Phys。流体,24,1,第011702条pp.(2012)
[16] Y.福岛。;Kawai,S.,高雷诺数下跨音速翼型抖振的壁模大涡模拟,AIAA J.,56,6,2372-2388(2018)
[17] Y.Tamaki。;福岛,Y。;Kuya,Y。;Kawai,S.,壁模大涡模拟的后缘失速现象的物理和建模,Phys。流体版本,第5、7条,第074602页(2020年)
[18] 马拉斯皮纳斯,O。;Sagaut,P.,基于格子Boltzmann方法的大涡模拟墙模型,J.Compute。物理。,275, 25-40 (2014) ·兹比尔1349.76126
[19] 威廉·S。;雅各布·J。;Sagaut,P.,格子Boltzmann方法基于幂律的显式壁面模型——翼型绕流的雷诺平均数值模拟,Phys。流体,30,6,第065111条pp.(2018)
[20] 莱维克,E。;图伊尔,H。;马利克,S。;Ricot,D。;Sengissen,A.,通过格子Boltzmann方法对杆-翼串联流动进行的壁模型大涡模拟,国际期刊Numer。《热流体流动方法》,28,5,1096-1116(2018)
[21] Haussmann,M。;巴雷托,A.C。;Kouyi,G.L。;Rivière,N。;Nirschl,H。;Krause,M.J.,采用格子Boltzmann方法对高雷诺数下湍流通道流动的大涡模拟与壁面模型耦合——科里奥利质量流量计的应用,计算。数学。申请。,78, 10, 3285-3302 (2019) ·Zbl 1443.65263号
[22] 西村,S。;Hayashi,K。;Nakaye,S。;Yoshimoto,M。;Suga,K。;Inamuro,T.,旨在工业应用的累积晶格Boltzmann方法对旋转和非旋转机械的隐式大涡模拟,(AIAA航空2019论坛(2019)),3526
[23] Pasquali,A。;盖尔,M。;Krafczyk,M.,用累积格子Boltzmann方法模拟湍流的近壁处理,计算。数学。申请。,79, 1, 195-212 (2020) ·Zbl 1443.76183号
[24] Haussmann,M。;Ries,F。;Jeppener-Haltenhoff,J.B。;李毅。;施密特,M。;韦尔奇,C。;伊利曼,L。;Böhm,B。;Nirschl,H。;Krause,M.J.,用于分析内燃机相关复杂流动的近壁模型大涡格Boltzmann方法的评估,计算,8,2,43(2020)
[25] 威廉·S。;雅各布·J。;Sagaut,P.,逆压梯度下湍流大涡模拟的新显式代数壁模型,Flow Turbul。库布斯特。,1-35(2020年)
[26] 陈,S。;Doolen,G.D.,流体流动的格子Boltzmann方法,年度。Rev.流体机械。,30, 1, 329-364 (1998) ·Zbl 1398.76180号
[27] 艾登,C.K。;Clausen,J.R.,《复杂流动的晶格-玻尔兹曼方法》,年。Rev.流体机械。,42, 439-472 (2010) ·Zbl 1345.76087号
[28] Jahanshaloo,L。;Pouryazdanpanah,E。;Che Sidik,N.A.,格子Boltzmann方法在湍流模拟中的应用综述,Numer。热传输。申请。,64, 11, 938-953 (2013)
[29] 郭,Z。;Shu,C.,《格子Boltzmann方法及其在工程中的应用》,第3卷(2013),《世界科学》·Zbl 1278.76001号
[30] Ishida,T.,采用格子Boltzmann方法和块状结构笛卡尔网格对高升力构型进行空气动力学模拟,(AIAA科学技术2019论坛(2019)),2306
[31] 林特曼,A。;Schröder,W.,高性能计算机上复杂几何体的格子-玻尔兹曼模拟,CEAS航空杂志,1-22(2020)
[32] Nakahashi,K.,宽带特征长度流动问题的Building-cube方法,(计算流体动力学2002(2003),Springer),77-81·Zbl 1140.76425号
[33] 石田,T。;高桥,S。;Nakahashi,K.,《建筑-剪切法的高效稳健笛卡尔网格生成》,J.Compute。科学。技术。,2, 4, 435-446 (2008)
[34] Lintermann,A。;Schlimpert,S。;Grimmen,J.H。;Günther,C。;Meinke,M。;Schröder,W.,《HPC系统上的大规模并行网格生成》,计算。方法应用。机械。工程,277131-153(2014)·Zbl 1423.76366号
[35] 冯,Z.-G。;Michaelides,E.E.,用于解决流体-颗粒相互作用问题的浸没边界-晶格Boltzmann方法,J.Compute。物理。,195, 2, 602-628 (2004) ·Zbl 1115.76395号
[36] Bouzidi,M。;弗道斯,M。;Lallemand,P.,带边界的玻尔兹曼晶格流体的动量传递,物理学。流体,13,11,3452-3459(2001)·Zbl 1184.76068号
[37] 哈特曼,D。;Meinke,M。;Schröder,W.,《自适应网格上可压缩粘性流的严格保守笛卡尔割心法》,计算。方法应用。机械。工程,200,9-12,1038-1052(2011)·Zbl 1225.76211号
[38] 施耐德,L。;哈特曼,D。;Meinke,M。;Schröder,W.,《切割细胞方法中的精确移动边界公式》,J.Compute。物理。,235, 786-809 (2013)
[39] 原田,M。;Y.Tamaki。;高桥,Y。;Imamura,T.,《笛卡尔网格上高雷诺数流动模拟的简单而稳健的割心方法》,AIAA J.,55,8,2833-2841(2017)
[40] 怀特,A.T。;Chong,C.K.,三维晶格Boltzmann方法中的旋转不变性取决于晶格的选择,J.Compute。物理。,230, 16, 6367-6378 (2011) ·Zbl 1419.76525号
[41] Kang,S.K。;Hassan,Y.A.,《格子Boltzmann方法中格子模型对壁面湍流模拟的影响》,J.Compute。物理。,232,1100-117(2013)
[42] Kuwata,Y。;Suga,K.,《三维圆柱流中格子Boltzmann方法的异常》,J.Compute。物理。,280, 563-569 (2015) ·Zbl 1349.76700号
[43] 珊,X。;元,X.-F。;Chen,H.,流体动力学的动力学理论表示:超越Navier-Stokes方程的方法,流体力学杂志。,550, 413-441 (2006) ·Zbl 1097.76061号
[44] 盖尔,M。;Schönherr,M。;Pasquali,A。;Krafczyk,M.,《三维累积晶格Boltzmann方程:理论与验证》,计算。数学。申请。,70, 4, 507-547 (2015) ·兹比尔1443.76172
[45] 盖尔,M。;Pasquali,A。;Schönherr,M.,四阶精确扩散累积点阵Boltzmann方法的参数化,第1部分:推导和验证,J.Compute。物理。,348, 862-888 (2017) ·Zbl 1380.76119号
[46] 盖尔,M。;Pasquali,A。;Schönherr,M.,四阶精确扩散累积点阵Boltzmann方法的参数化第二部分:在阻力危机下绕球体流动的应用,J.Compute。物理。,348, 889-898 (2017) ·Zbl 1380.76120号
[47] Musker,A.,湍流边界层中光滑壁速度分布的显式表达式,AIAA J.,17,6,655-657(1979)·Zbl 0397.76053号
[48] Monkewitz,P.A。;Chauhan,K.A。;Nagib,H.M.,零压力颗粒湍流边界层的自洽高雷诺数渐近性,Phys。流体,第19、11条,第115101页(2007年)·Zbl 1182.76529号
[49] Schlichting,H。;Gersten,K.,边界层理论(2016),Springer
[50] 卡博特,W。;Moin,P.,《高雷诺数流动大涡模拟中的近似壁面边界条件》,flow Turbul。库布斯特。,63, 1-4, 269-291 (2000) ·Zbl 0981.76045号
[51] 王,M。;Moin,P.,复杂湍流大涡模拟的动态壁建模,Phys。流体,14,7,2043-2051(2002)·Zbl 1185.76386号
[52] 卡瓦伊,S。;Larsson,J.,《高雷诺数下大涡模拟的动态非平衡壁面模型》,Phys。流体,25,1,第015105条pp.(2013)
[53] 帕克,G.I。;Moin,P.,用于大涡模拟的改进动态非平衡壁模型,Phys。流体,26,1,37-48(2014)
[54] 蔡,S.-G。;Degregny,J。;Boussuge,J.-F。;Sagaut,P.,湍流壁模型与笛卡尔网格上浸没边界的耦合,J.Compute。物理。,第10995条第(2020)页
[55] Capizzano,F.,浸没边界法的湍流壁模型,AIAA J.,49,11,2367-2381(2011)
[56] Y.Tamaki。;原田,M。;Imamura,T.,浸没边界法Spalart-Allmaras湍流模型的近壁修正,AIAA J.,55,9,3027-3039(2017)
[57] Y.Tamaki。;Imamura,T.,《使用浸没边界法对普通研究模型进行湍流模拟》,AIAA J.,56,6271-2282(2018)
[58] Y.Tamaki。;Takaki,R。;Kawai,S.,《非实体一致笛卡尔网格上的Wall-modeled大型模拟:守恒定律分析》,(AIAA科学技术2020论坛(2020)),2066
[59] 霍亚斯,南卡罗来纳州。;Jiménez,J.,《湍流通道中速度波动的缩放至\(Re\tau=2003\)》,《物理学》。流体,18,1,第011702条pp.(2006)
[60] 李,M。;Moser,R.D.,《高达(R e\tau\approx 5200)的湍流通道流动的直接数值模拟》,J.流体力学。,774, 395-415 (2015)
[61] DNS湍流通道数据(2020年12月14日检索)
[62] Gehrke,M。;巴纳里,A。;Rung,T.,湍流剪切流中欠分辨率、无模型lbm模拟的性能,(混合RANS-LES建模进展(2020),Springer),3-18
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。