Abdelsamie，Abouelmagd公司;戈登，弗鲁;蒂莫·奥斯特;费利克斯·迪茨施;加尼加，加博;多米尼克·塞韦宁 使用浸没边界对低马赫数湍流反应和两相流进行直接数值模拟。 （英语） Zbl 1390.76123号 计算。流体 131, 123-141 (2016). 概要：大多数实际感兴趣的反应流和两相流是湍流，但发生在低马赫数或不可压缩条件下。为了以高精度但可接受的计算时间研究此类复杂流的特性，开发了一种适用于直接数值模拟（DNS）的工具，称为DINOSOARS。本文描述了该代码中实现的数值组件和方法，以及详细的验证和验证阶段，并以两个全尺寸仿真示例结束。我们希望它可以作为其他研究反应流DNS的研究人员的“验证和验证指南”。由于DNS考虑了日益复杂的应用，因此实现了直接边界浸入边界法（DB-IBM），允许在固定但可能经过细化的笛卡尔网格上描述任意几何体。DINOSOARS中还实现了直接力IBM，以解决网格上的大型移动球形粒子（远大于Kolmogorov尺度）。Kolmogoriv尺度以下的粒子被视为点粒子，同时考虑到连续流动的热量和质量传递。代码的高效并行化依赖于开源库2DECOMP&FFT。即使对于非周期边界条件，也可以通过FFT快速准确地求解基础泊松方程。DINOSARS的灵活性使其成为一种非常有前途的工具，用于分析涉及湍流反应和/或两相流的各种问题和应用。 引用于11文件 MSC公司： 76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟 76T10型 液气两相流，气泡流 关键词：高阶DNS;浸没边界法;现场分析;低马赫数无功流量;喷雾 软件：2DECOMP公司;催化剂;VTK公司;恐龙皮;不兼容3d;ParaView视图;罗德斯 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{A.Abdelsamie}等人，计算。液体131123--141（2016；Zbl 1390.76123） 全文： 内政部 参考文献： [1] 塞韦宁，D。；贝伦特，F。；Maas，美国。；Przywara，B。；Warnatz，J.，研究反应流的并行直接模拟代码的开发，计算流体，25，5，485-496，（1996）·兹比尔0900.76349 [2] 希尔伯特，R。；Thévenin，D.，差分扩散对湍流非混合氢/空气火焰中最大火焰温度的影响，燃烧火焰，138175-187，（2004） [3] 塞韦宁，D。；O.Gicquel。；de Charentenay，J。；希尔伯特，R。；Veynante，D.，使用真实化学对湍流甲烷火焰核的二维与三维直接模拟，Proc Combust Inst，292031-2039，（2003） [4] Thévenin，D.，膨胀湍流甲烷火焰的三维直接模拟和结构，Proc Combust Inst，30629-637，（2005） [5] 奥兰，E.S。；Boris，J.P.，反应流的数值模拟，（1987），Elsevier New York·Zbl 0762.76098号 [6] Reynolds，W.C.，直接和大涡模拟的潜力和局限性。物理课堂讲稿。柏林，海德堡：施普林格；，357, 313-343, (1990) [7] Poinsot，T.等人。；维南特，D。；Candel，S.，《淬火过程和预混合湍流燃烧图》，《流体力学杂志》，228561-606，（1991） [8] 鲍姆，M。；Poinsot，T.等人。；Haworth，D.C。；Darabiha，N.，二维湍流中复杂化学H_2}/O_2}/N_2}火焰的直接数值模拟，流体力学杂志，281,1-32，（1994） [9] Poinsot，T.等人。；坎德尔，S。；Trouvé，A.，直接数值模拟在预混湍流燃烧中的应用，Prog Energy Combust Sci，21531-576，（1996） [10] Vervisch，L。；Veynante，D.，非混合湍流火焰的直接数值模拟，《流体力学年鉴》，30，655-691，（1998）·Zbl 1398.76077号 [11] 塞韦宁，D。；贝伦特，F。；Maas，美国。；Warnatz，J.，使用动态负载平衡的便携式并行代码模拟反应流，在：高性能计算和网络中。计算机科学的课堂讲稿。柏林，海德堡：施普林格；，919, 378-383, (1995) [12] 塞韦宁，D。；贝伦特，F。；Maas，美国。；Warnatz，J.，使用详细化学对反应流进行并行模拟。计算机科学的课堂讲稿。柏林，海德堡：施普林格；，796, 125-130, (1994) [13] 霍克斯，E.R。；Sankaran，R。；萨瑟兰，J.C。；Chen，J.H.，用骨架CO/H_2}动力学对时间演变的平面喷射火焰进行直接数值模拟中的标量混合，Proc Combust Inst，32，1633-1640，（2007） [14] Coussement，A。；吉奎尔，O。；菲奥莉娜，B。；度，G。；Darabiha，N.，反应性可压缩粘性流直接数值模拟的多组分真实气体3-D-NSCBC，计算物理杂志，245259-280，（2013）·Zbl 1349.76115号 [15] 班萨尔，G。；Mascarenhas，A。；Chen，J.H.，分层二甲基醚（DME）/空气湍流混合物中自燃的直接数值模拟，燃烧火焰，162688-702，（2015） [16] Bhagatwala，A。；罗，Z。；沈，H。；Sutton，J.A。；卢·T。；Chen，J.H.，湍流二甲醚喷射火焰的数值和实验研究，Proc Combust Inst，35，1157-1166，（2015） [17] 杜蕾特，B。；Reveillon，J。；梅纳德，M。；Demoulin，F.X.，通过两相流的DNS改进一次雾化建模，国际多相流杂志，55，130-137，（2013） [18] 北野，T。；西洋，J。；Kurose，R。；小森，S.，环境压力、气体温度和燃烧反应对液滴蒸发的影响。，《燃烧火焰》，161551-564，（2014） [19] de Charentenay，J。；塞韦宁，D。；Zamuner，B.，使用可压缩或低马赫数公式对湍流火焰进行直接数值模拟的比较，国际数值方法流体杂志，39，497-515，（2002）·Zbl 1101.80308号 [20] Poinsot，T.等人。；Veynante，D.，理论和数值燃烧，（2011），法国波尔多：水彩画 [21] Majda，A。；Sethian，J.，《零马赫数燃烧方程的推导和数值解》，库布斯特科技，42，185-205，（1985） [22] 希尔伯特，R。；塔普，F。；El-Rabii，H。；Thévenin，D.，详细化学和传输模型对湍流燃烧模拟的影响，Prog Energy Combust Sci，30，61-117，（2004） [23] Ern，A。；Giovangigli，V.，《多组件传输算法》。物理专著中的讲稿。柏林，海德堡：施普林格；，24, (1994) ·Zbl 0820.76002号 [24] Ern，A。；Giovangigli，V.，《快速准确的多组分传输特性评估》，《计算物理杂志》，120，1，105-116，（1995）·Zbl 0938.76097号 [25] 水果，G。；詹尼加，G。；Thévenin，D.，体积粘度对薄反应区湍流预混火焰结构的影响，Flow Turb Combust，88，451-478，（2012）·Zbl 1248.76117号 [26] 李，N。；Laizet，S.，2DECOMP&FFT-高度可扩展的2D分解库和FFT接口，Cray用户组2010年会议，（2010） [27] Laizet，S。；Lamballais，大肠杆菌。；Vassilicos，J.C.，《分形生成湍流的高分辨率DNS结合高阶格式、复杂几何和并行计算的数值策略》，计算流体，39，471-484，（2010）·Zbl 1242.76078号 [28] Laizet，S。；Li，N.，Incompact3d：解决湍流问题的强大工具，最高可达O（运行）（10^{5}）计算核心，国际数值方法流体杂志，671735-1757，（2011）·Zbl 1419.76481号 [29] 出版社，W.H。；Teukolsky，S.A。；韦特林，W.T。；Flannery，B.P.，《FORTRAN中的数字食谱》，（1992），剑桥大学出版社，纽约·Zbl 0778.65002号 [30] Kim，J。；Moin，P.，《分数步法在不可压缩Navier-Stokes方程中的应用》，《计算物理杂志》，59，308-323，（1985）·Zbl 0582.76038号 [31] D.布朗。；科尔特斯，R。；Minion，M.，《不可压缩Navier-Stokes方程的精确投影方法》，《计算物理杂志》，168,2464-499，（2001）·Zbl 1153.76339号 [32] Lucci，F。；费兰特，A。；Elghobashi，S.，《泰勒长度尺度颗粒对各向同性湍流的调制》，《流体力学杂志》，650，5-55，（2010）·Zbl 1189.76251号 [33] Najm，H.N。；Wyckoff，P.S。；Knio，O.M.，反应流的半隐式数值格式。I.刚性化学，《计算物理杂志》，143，381-402，（1998）·Zbl 0936.76064号 [34] O.M.科尼奥。；Najm，H.N。；Wyckoff，P.S.，反应流的半隐式数值格式。二、。刚性，算子分裂公式，计算机物理杂志，154428-467，（1999）·Zbl 0958.76061号 [35] 海尔，E。；Wanner，G.，《求解常微分方程II：刚性和微分代数问题》（1999），柏林：Springer-Verlag [36] 考达尔，J。；菲奥莉娜，B。；拉贝戈雷，B。；Gicguel，O.，《部分氧化过程模拟中化学和湍流之间的相互作用建模》，《燃料工艺技术》，134231-242，（2015） [37] Zhong，X.，计算高速非平衡反应流的加性半隐式Runge-Kutta方法，计算物理杂志，128，19-31，（1996）·Zbl 0861.76057号 [38] 库利，J.W。；刘易斯，P.A.W。；Welsh，P.D.，《快速傅里叶变换算法：正弦、余弦和拉普拉斯变换计算中的编程注意事项》，J Sound Vib，12，315-337，（1970）·Zbl 0195.46301号 [39] Swarztrauber，P.N.，《对称ffts》，《数学计算》，47，323-346，（1986）·Zbl 0615.42008号 [40] http://computation.lnlnl.gov/project/lineral_solvers/software.php。 [41] 鲍姆，M。；Poinsot，T.等人。；Thévenin，D.，多组分反应流的精确边界条件。，计算物理杂志，116247-261，（1995）·Zbl 0818.76047号 [42] Kraichnan，R.H.，随机速度场的扩散，《物理流体》，13，22-31，（1970）·Zbl 0193.27106号 [43] 克莱因，M。；Sadiki，A。；Janicka，J.，基于数字滤波器的流入数据生成，用于空间发展直接数值或大涡模拟，计算物理杂志，186，625-665，（2002）·Zbl 1047.76522号 [44] Kempf，A。；克莱因，M。；Janicka，J.，任意几何形状的瞬态湍流的初始和流入条件的有效生成，Flow Turb Combust，74，67-84，（2005）·Zbl 1113.76346号 [45] Anderson，J.D.，《计算流体动力学：应用基础》（1995），纽约麦格劳-希尔出版社 [46] Tannehill，J.C。；安德森，D.A。；普莱彻，R.H.，《计算流体力学和传热》（1997），华盛顿：泰勒和弗朗西斯出版社 [47] Farrashkhkolfat，M。；Miles，J.P.，《基本结构化网格生成：非结构化网格生成简介》（2003），牛津：巴特沃斯·海尼曼 [48] Fadlun，E.A。；Verzicco，R。；奥兰迪，P。；Mohd-Yusof，J.，三维复杂流动模拟的复合浸没边界有限差分方法，计算物理杂志，161，35-60，（2000）·Zbl 0972.76073号 [49] 米塔尔·R。；Iacarino，G.，浸没边界法，《流体力学年鉴》，37，239-261，（2005）·Zbl 1117.76049号 [50] 斯坦曼，D.A。；霍伊，Y。；法希，P。；莫里斯。；沃尔什，M.T。；亚里士多克洛伊斯，N.，《巨大动脉瘤中压力和流量的计算流体动力学解的可变性：ASME 2012年夏季生物工程会议CFD挑战》，生物工程杂志，135，021016，（2013） [51] Eshghinejadfard，A。；Abdelsamie，A。；Janiga，G。；Thévenin，D.，球形和非球形粒子粒子/流体相互作用的直接驱动浸没边界晶格Boltzmann模拟，《粒子学》，25，93-103，（2016） [52] Abdelsamie，A。；Thévenin，D.，燃烧的直接数值模拟n个-庚烷液滴：自动点火和湍流调制机制，ERCOFTAC研讨会直接和大涡模拟10，第152页，（2015），Springer [53] Abdelsamie，A。；Lee，C.，《颗粒态各向同性湍流中的衰减与稳态湍流：湍流调制机制》，《物理流体》，24，015106，（2012） [54] Abdelsamie，A。；Lee，C.，载粒子各向同性湍流中的衰减与静止湍流：重粒子统计修正，Phys Fluids，252033303，（2013） [55] Uhlmann，M.，《模拟颗粒流的直接强迫浸没边界法》，《计算物理杂志》，209448-476，（2005）·Zbl 1138.76398号 [56] Abdelsamie，A。；Thévenin，D.，通过分辨和非分辨球形粒子调制各向同性湍流，（Fröhlich，J.，直接和大涡模拟IX，（2015），ERCOFTAC系列，瑞士施普林格查姆），621-629 [57] Abdelsamie，A。；Eshghinejadfard，A。；奥斯特·T。；Thévenin，D.，流体中完全解析粒子相互作用碰撞模型的影响，美国机械工程师协会2014年第四届美欧流体工程部门夏季联合会议论文集（伊利诺伊州芝加哥），（2014），美国机械工程师协会 [58] Comte-Bellot，G。；Corrsin，S.，《各向同性湍流中全频带和窄带速度信号的简单欧拉时间相关性》，《流体力学杂志》，48，2，273-337，（1971） [59] 王振杰。；Fidkowski，K。；Abgrall，R。；Bassi，F。；Caraen，D。；Cary，A.，《高阶CFD方法：现状与展望》，国际数值方法流体杂志，72，811-845，（2013）·Zbl 1455.76007号 [60] DeBonis，J.R.，使用高分辨率显式有限差分方法求解泰勒-格林涡问题，AIAA Pap 2013-0382，（2013） [61] 范·里斯，W.M。；伦纳德（A.Leonard）。；普林，D.I。；Koumoutsakos，P.，《模拟高雷诺数下周期性涡旋流动的涡旋和伪谱方法的比较》，《计算物理杂志》，230，2794-2805，（2011）·Zbl 1316.76066号 [62] Moser，R。；Kim，J。；Mansour，N.N.，re（{}_\tau=590）之前湍流通道流动的直接数值模拟，Phys Fluids，11，4，943-945，（1999）·Zbl 1147.76463号 [63] 弗勒曼，A.W。；Kuerten，J.G.M.，re（{}_\tau=180）湍流通道流直接数值模拟数据库的比较，Phys Fluids，26，015102，（2014） [64] 牛，X.D。；舒，C。；Chew，Y.T。；Peng，Y.，一种基于动量交换的浸没边界晶格Boltzmann方法，用于模拟不可压缩粘性流，Phys-Lett A，354173-182，（2006）·Zbl 1181.76111号 [65] S.C.R.丹尼斯。；Chang，G.-Z.，雷诺数高达100时圆柱绕流定常流动的数值解，流体力学杂志，42，3，471-489，（1970）·Zbl 0193.26202号 [66] 牛，X.D。；Chew，Y.T。；Shu，C.，用泰勒级数展开和基于最小二乘的格子Boltzmann方法模拟脉冲启动圆柱周围的流动，计算物理杂志，188176-193，（2003）·Zbl 1038.76033号 [67] 加利福尼亚大学圣地亚哥分校能源研究中心（燃烧部）燃烧应用的化学动力学机制，http://web.eng.ucsd.edu/mae/groups/combursion/mechanism.html。 [68] 罗，Z。；Yoo，C.S。；Richardson，E.S。；Chen，J.H。；法律，C.K。；Lu，T.，高温合流中湍流提升乙烯喷射火焰的化学爆炸模式分析，燃烧火焰，159，265-274，（2012） [69] 帕特尔，A。；孔，S。；Reitz，R.，HCCI发动机模拟中减少反应机制的开发和验证，SAE Tech Pap 2004-01-0558，（2004） [70] 刘，S。；休森，J.C。；Chen，J.H。；Pitsch，H.，应变率对高压非预混的影响n个-逆流庚烷自燃，燃烧火焰，137，320-339，（2004） [71] Jachimowski，C.J.，《冲击波后乙炔和乙烯氧化的实验和分析研究》，《燃烧火焰》，29，55-66，（1977） [72] 贝克，J.A。；Kinner，G.B.，乙烯-氧-氩混合物点火的激波管研究，燃烧火焰，19，347-350，（1972） [73] 库马尔，K。；米塔尔，G。；Sung，C.-J。；Law，C.K.，《乙烯/O_2}/稀释剂混合物的实验研究：高压下具有预热和点火延迟的层流火焰速度》，Combust flame，153，343-354，（2008） [74] 香港契兹基。；Adomeit，G.，自我认知的冲击管研究n个-发动机相关条件下的庚烷-空气混合物，燃烧火焰，93，4241-433，（1993） [75] Egolfopoulos，F.N。；Zhu，D.L。；Law，C.K.，层流火焰速度的实验和数值测定：C的混合物_{2} -碳氢化合物氧气和氮气，Proc Combust Inst，23，471-478，（1990） [76] Jomaas，G。；郑晓乐。；Zhu，D.L。；Law，C.K.，C的逆流点火温度和层流火焰速度的实验测定_{2} -C_{3} 大气和高压下的碳氢化合物，Proc Combust Inst，30，193-200，（2005） [77] 哈桑，M.I。；Aung，K.T。；O.C.Kwon。；Faeth，G.M.，不同压力下层流预混合碳氢化合物/空气火焰的特性，J Propul Power，14，4479-488，（1998） [78] Ayachit，U.，《paraview guide:a parallel visualization application》，（2015），Kitware Inc.，纽约克利夫顿公园 [79] A.C.鲍尔。；Geveci，B。；Schroeder，W.，《paraview催化剂用户指南》，（2015），Kitware Inc.，纽约克利夫顿公园 [80] 施罗德，W。；马丁·K。；Lorensen，B.，《可视化工具包：3D图形的面向对象方法》，（2006），Kitware Inc.，纽约克利夫顿公园 [81] Mizobuchi，Y。；Tachibana，S.公司。；Shinio，J。；小川，S。；Takeno，T.，湍流氢射流提升火焰结构的数值分析，Proc Combust Inst，29，22009-2015，（2002） 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配，并且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。