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探索数字滤波器和正向合成湍流发生器及其偏度峰度的改进。 (英语) 兹比尔1410.76075

小结:在将发生器输出传输到计算流体动力学模拟之前,评估了四个合成湍流发生器的性能,这四个发生器代表了(i)基于数字滤波器(DFM)和(ii)基于正向步长(FSM)的发生器类别的大部分功能。此外,推导并提出了一种运行成本低、易于编码的分段闭合形式函数,该函数将合成时间序列的一个空间点偏度峰度转换为目标值。本研究的两个主要目的是通过对模型变量和建模阶段的系统探索,支持模型用户在决策过程中选择最方便的类型和对模型的理解,并首次将这些模型在空间点的高斯性质扩展为非高斯性。评估试验台包括三个基准,每个基准都侧重于湍流的一个孤立方面:(i)衰减的均匀各向同性湍流,(ii)均匀剪切湍流和(iii)光滑壁面的平面通道流。所得结果表明:
(i)
原始DFM为输入的单空间点二阶相关张量和两个空间/时间点相关函数提供了最高级别的重构;
(ii)
FSM在计算成本和重建级别之间实现了最佳权衡;
(iii)
使用指数形式的相关函数作为模型近似比使用高斯形式更可取,因为前者消除了后者功率谱中观察到的过早的、急剧的、流型相关的下降;
(iv)
提出的非高斯函数实质上重构了试验台流的目标单点偏度-峰度对,而不改变其已有的统计信息;
(v)
当存在各向异性雷诺应力时,Lund变换仅改变流动的统计不均匀横向上的现有统计;
(vi)
湍流发生面上相关函数的空间变化提高了相关函数和功率谱的整体重建保真度。

MSC公司:

76层55 统计湍流建模
76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
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参考文献:

[1] 罗莎莱斯,C。;Meneveau,C.,《三维合成湍流中的反常尺度和间歇性》,《物理评论E》,78,1,016313,(2008)
[2] AL-Bairni,S.公司。;李毅。;罗莎莱斯,C。;Xie,Z.-T.,由多尺度翻转拉格朗日图构造的次网格尺度应力和标量通量,Phys Fluids,29,4,045103,(2017)
[3] 龚,K。;Chen,X.,非高斯风特性对风力涡轮机极端响应的影响,Eng Struct,59727-744,(2014)
[4] 伯格,J。;Natarajan,A。;曼恩,J。;巴顿,E.G.,《高斯湍流与非高斯湍流:对风力涡轮机负荷的影响》,风能,1975-1989年,(2016)
[5] 新南威尔士州达曼卡。;布莱斯德尔,G.A。;Lyrintzis,A.S.,大涡模拟湍流流入边界条件概述,AIAA J,1-18,(2017)
[6] Tabor,G.R。;Baba Ahmadi,M.H.,《大涡模拟的入口条件:综述》,Comput Fluids,39,4,553-567,(2010)·Zbl 1242.76084号
[7] Wu,X.,流入湍流生成方法,《流体力学年鉴》,49,1,23-49,(2017)·Zbl 1359.76162号
[8] Mann,J.,中等复杂地形中的谱速度张量,《风力工程与工业航空动力学杂志》,88,2-3,153-169,(2000)
[9] Kraichnan,R.H.,随机速度场的扩散,《物理流体》,13,1,22,(1970)·Zbl 0193.27106号
[10] Lee,S。;Lele,S.K。;Moin,P.,《空间演变湍流的模拟和泰勒假设在可压缩流动中的适用性》,《物理流体A》,4,7,1521-1530,(1992)·Zbl 0825.76346号
[11] Druault,P。;拉多,S。;阀盖,J.-P。;Coiffet,F。;J.德尔维尔。;Lamballais,E.,为大涡模拟生成三维湍流入口条件,AIAA J,42,3,447-456,(2004)
[12] Jarrin,N。;Benhamadouche,S。;劳伦斯,D。;Prosser,R.,《一种为大涡模拟生成流入条件的合成ddy方法》,《国际热流体流动杂志》,27,4,585-593,(2006)
[13] 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,186,2,652-665,(2003)·Zbl 1047.76522号
[14] 谢振堂。;Castro,I.P.,《有效生成街道规模水流大涡模拟的流入条件》,Flow Turbul Combust,81,3,449-470,(2008)·Zbl 1257.76040号
[15] Borgman,L.E.,工程设计海浪模拟,技术报告,(1967年),加州伯克利水利工程实验室
[16] Nobach,H.,Verarbeitung stochastisch abgetasteter signale,(1997),德国罗斯托克大学,博士论文
[17] Lund,T.S。;吴,X。;Squires,K.D.,为空间发展边界层模拟生成湍流流入数据,计算物理杂志,140,2,233-258,(1998)·Zbl 0936.76026号
[18] 迪马雷,L。;克莱因,M。;Jones,W.P。;Janicka,J.,《大涡模拟的合成湍流流入条件》,《物理流体》,18,2,025107,(2006)
[19] 迪马雷,L。;Jones,W.P.,《生成LES和DNS流入数据的代数和算子方法》,第四届湍流和剪切流现象国际研讨会论文集(TSFP4)。弗吉尼亚州威廉斯堡,687-692,(2005)
[20] Fathali先生。;克莱因,M。;Broeckhoven,T。;拉科尔,C。;Baelmans,M.,基于多相关随机场的湍流流入和初始条件的生成,国际数值方法流体,57,1,93-117,(2008)·Zbl 1388.76095号
[21] Kempf,A。;克莱因,M。;Janicka,J.,《任意几何形状瞬态紊流的初始和流入条件的有效生成》,Flow Turbul Combust,74,1,67-84,(2005)·Zbl 1113.76346号
[22] 水果,G。;Janiga,G。;Thévenin,D.,燃烧甲烷的高湍流预混火焰的直接数值模拟,(Kuerten,H.,ERCOFTAC Series,15,(2011),Springer-Verlag Eindhoven,荷兰),327-332
[23] 新南威尔士州达曼卡。;Martha,C.S。;司徒,Y。;Aikens,K.M。;布莱斯德尔,G.A。;Lyrintzis,A.S.,非均匀结构网格上基于数字滤波器的喷气气动声学湍流流入生成,第52届航空航天科学会议论文集,1-35,(2014),美国弗吉尼亚州莱斯顿美国航空航天研究所
[24] 阿莱格里尼,J。;Carmeliet,J.,《过滤噪声湍流流入生成方法的评估》,《流量涡轮机燃烧室》,98,4,1087-1115,(2017)
[25] Kim,Y。;卡斯特罗,I.P。;Xie,Z.T.,使用不可压缩流动解算器进行大涡模拟时的无发散湍流流入条件,计算流体,84,56-68,(2013)·Zbl 1290.76044号
[26] Ewert,R.,《利用基于螺线管数字滤波器(SDF)的随机声源模拟缝翼噪声》,《Euromech学术讨论会论文集467:湍流和噪声产生》,2005年7月18日至20日,(2005),美国航空航天研究所,弗吉尼亚州雷斯顿
[27] 斯米尔诺夫,A。;Shi,S。;Celik,I.,《大涡模拟和颗粒动力学建模的随机流动生成技术》,《流体工程杂志》,123,2,359,(2001)
[28] Jiménez,J.,湍流速度波动不一定是高斯的,流体力学杂志,376,(1998)·Zbl 0922.76234号
[29] 莫瑟,R.D。;Kim,J。;Mansour,N.N.,湍流通道流动的直接数值模拟τ=590,《物理流体》,11,4,943-945,(1999)·Zbl 1147.76463号
[30] Touber,E。;Sandham,N.D.,湍流冲击诱导分离气泡中低频不稳定性的大涡模拟,Theor Compute Fluid Dyn,23,2,79-107,(2009)·Zbl 1234.76033号
[31] 布鲁尔,S。;Schmidt,M.,《用混合LES-URANS方法预测非平衡壁面流的扩展合成湍流流入发生器》,《Flow Turbul Combust》,95,4,669-707,(2015)
[32] Anupindi,K。;Sandberg,R.D.,嵌入式LES-RANS求解器的实现与评估,Flow Turbul Combust,98,3,697-724,(2017)
[33] Okaze,T。;Mochida,A.,基于Cholesky分解的人工流入湍流生成,包括标量波动,计算流体,159,23-32,(2017)·兹比尔1390.76204
[34] 伊梅尔,M。;参见,Y.C.,《三流MILD燃烧室的LES火焰模型:标量流入条件下的火焰敏感性分析》,Proc Combust Inst,33,1,1309-1317,(2011)
[35] Kim,Y。;Xie,Z.T。;Castro,I.P.,《LES的正向逐步流入生成方法》,AIP会议记录,1376,134-136,(2011),美国物理研究所
[36] 施密特,S。;Breuer,M.,《基于源项的合成湍流流入发生器,用于机翼流动(包括层流分离气泡)的涡流分辨率预测》,计算流体,146,1-22,(2017)·Zbl 1390.76218号
[37] 维卢迪斯,I。;杨,Z。;McGuirk,J.J。;佩奇,G.J。;Spencer,A.,用于生成LES入口条件的基于数字滤波器的方法的新实施和评估,Flow Turbul Combust,79,1,1-24,(2007)·Zbl 1200.76103号
[38] Kempf,A.M。;Wysocki,S。;Pettit,M.,《用于LES和DNS的克莱恩湍流发生器的高效并行低存储实现》,计算流体,60,58-60,(2012)·Zbl 1365.76088号
[39] Smith,S.W.,《数字信号处理科学家和工程师指南》,(1999),加利福尼亚技术出版社
[40] Taylor,G.I.,《湍流谱》,《Proc R Soc A:数学物理与工程科学》,164、919、476-490,(1938)·JFM编号64.1454.02
[41] Booton,R.C.,随机输入非线性控制系统,IRE跨电路理论,1,1,9-18,(1954)
[42] Grigoriu,M.,非高斯平移过程的交叉,《工程力学杂志》,110,4,610-620,(1984)
[43] Johnson,N.L.,《通过平移方法生成的频率曲线系统》,《生物统计学》,36,1-2,149-176,(1949)·Zbl 0033.07204号
[44] Gurley,K.R。;Tognarelli,文学硕士。;Kareem,A.,风力工程分析和模拟工具,Probab Eng Mech,12,1,9-31,(1997)
[45] 山崎,F。;Shinozuka,M.,非高斯随机场的数字生成,J Eng Mech,114,7,1183-1197,(1988)
[46] Smallwood,D.O.,用非高斯分布生成部分相干平稳时程,冲击与振动专题讨论会,(1996),美国能源部,科学技术信息办公室,加利福尼亚州蒙特利,美国
[47] 鲍曼,K.O。;Shenton,L.R.,《约翰逊的分布体系》,《统计科学百科全书》,第4卷,第303-314页,(1982年),约翰·威利父子公司,美国新泽西州霍博肯
[48] Tuenter,H.J.H.,通过矩匹配确定概率分布约翰逊系统SU曲线参数的算法,J Stat Compute Simul,70,4,325-347,(2001)·Zbl 1098.62523号
[49] Flynn,M.R.,《关于四参数对数正态分布的矩》,《公共统计理论与方法》,34,4,745-751,(2005)·Zbl 1080.62005年
[50] OpenFOAM用户指南。开源CFD工具箱。OpenCFD有限公司(ESI集团)。2017.网址http://www.openfoam.com网站/; OpenFOAM用户指南。开源CFD工具箱。OpenCFD有限公司(ESI集团)。2017.网址http://www.openfoam.com网站/
[51] Comte-Bellot,G。;Corrsin,S.,网格生成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,48,2273-337,(1971)
[52] Tavoularis,S。;Corrsin,S.,具有均匀平均温度梯度的近均匀湍流剪切流实验。第2部分。精细结构,流体力学杂志,104349-367,(1981)
[53] Sagaut,P.,《不可压缩流动的大涡模拟:简介》,(2006),施普林格-柏林,海德堡·Zbl 1091.76001号
[54] Baggett,J.S。;杰梅内斯。;Kravchenko,A.G.,剪切流大涡模拟的分辨率要求,年度研究简报-1997,51-66,(1997),斯坦福大学,加利福尼亚州斯坦福,美国
[55] Issa,R.I.,用算子分裂法求解隐式离散流体流动方程,计算物理杂志,62,1,40-65,(1986)·Zbl 0619.76024号
[56] NIST-SEMATECH,NIST/SEMATECH-统计方法电子手册,(2003),国家标准与技术研究所
[57] 杰梅内斯。;沃伊,A.A。;Saffman,P.G。;罗加洛,R.S.,《各向同性湍流中的强涡度结构》,《流体力学杂志》,255,65-90,(1993)·Zbl 0800.76156号
[58] 法基,M。;Schneider,K.,使用正交小波对三维均匀湍流的CVS分解,305-317,(2000),湍流研究中心
[59] 迪特泽尔,D。;梅西格,D。;Piscaglia,F。;Montorfano,A。;Olenik,G。;Stein,O.T.,《湍流大涡模拟中尺度分辨率湍流生成方法的评估》,计算流体,93,116-128,(2014)·Zbl 1391.76214号
[60] Tavoularis,S。;Corrsin,S.,具有均匀平均温度梯度的近均匀湍流剪切流实验。第1部分,《流体力学杂志》,104,EM6,311-347,(1981)
[61] Moser R.D.湍流通道的DNS数据。2007.网址http://bit.ly/2rJeQ3u; Moser R.D..DNS湍流通道流数据。2007.网址http://bit.ly/2rJeQ3u
[62] Fréchet,M.M.,《计算功能的苏尔奎尔克斯点》,《马特·巴勒莫的Rend Circolo》,第22、1、1-72页,(1906)·JFM 37.0348.02号
[63] 艾特,T。;Mannila,H.,计算离散Fréchet距离,技术报告,(1994),维也纳理工大学
[64] 艾特,T。;Mannila,H.,点集的距离测度及其计算,Acta Inform,34,2109-133,(1997)·Zbl 0865.51011号
[65] Michaud-Agrawal,N。;E.J.丹尼。;伍尔夫,T.B。;Beckstein,O.,MD分析:分子动力学模拟分析工具包,计算机化学杂志,32,10,2319-2327,(2011)
[66] Gowers,R.J。;林奇,M。;巴诺,J。;Reddy,T.J.E。;梅洛,M.N。;Seyler,S.L.,Mdanalysis:一个用于分子动力学模拟快速分析的蟒蛇软件包,(Benthall,S.;Rostrup,S.,《第十五届蟒蛇科学会议论文集》,(2016),98-105
[67] Seyler,S.L。;库马尔,A。;索普,M.F。;Beckstein,O.,《路径相似性分析:量化大分子路径的方法》,《公共科学图书馆·计算生物学》,11,10,(2015)
[68] 托马斯·D·B。;卢克,W。;Leong,P.H.W。;Villasenor,J.D.,高斯随机数生成器,ACM Compute Surv,39,4,(2007)
[69] Marsaglia,G。;Tsang,W.W.,生成随机变量的锯齿形方法,J Geol Soc Lond,5,8,1-7,(2000)
[70] Eddelbuettel D..RcppZiggurat:不同“Ziggura”正常RNG实现的“Rcpp”集成。2015.; Eddelbuettel D..RcppZiggurat:不同“Ziggura”正常RNG实现的“Rcpp”集成。2015
[71] Leong,P.H.W。;张,G。;Lee,D.-U。;卢克,W。;Villasenor,J.D.,《关于ziggurat方法实施的评论》,J Stat Softw,12,7,1-4,(2005)
[72] Claerbout,J.F.,通过螺旋线的多维递归滤波器,地球物理学,63,5,1532-1541,(1998)
[73] Weisstein E.W.Fourier变换-Gaussian。发件人数学世界-Ahttp://mathworld.wolfram.com/FourierTransformGaussian.html; Weisstein E.W.Fourier变换-Gaussian。发件人数学世界-Ahttp://mathworld.wolfram.com/FourierTransformGaussian.html
[74] Weisstein E.W.Fourier变换指数函数。发件人数学世界-Ahttp://mathworld.wolfram.com/FourierTransformExponentialFunction.html; Weisstein E.W.Fourier变换指数函数。发件人数学世界-Ahttp://mathworld.wolfram.com/FourierTransformExponentialFunction.html
[75] 迪基,D.A。;Fuller,W.A.,单位根自回归时间序列估计量的分布,美国统计协会杂志,74,366,427,(1979)·Zbl 0413.62075号
[76] Grazzini,J.,《涌现性质的分析:平稳性和遍历性》,Jasss,15,2,(2012)
[77] 奥尼尔,P.L。;Nicolaides,D。;Honnery博士。;Soria,J.,自相关函数和参考实验和数值数据确定积分长度,第15届澳大利亚流体力学会议论文集,1,1-4,(2004),澳大利亚悉尼大学
[78] Welch,P.D.,《使用快速傅里叶变换估算功率谱:基于短修改周期图时间平均的方法》,IEEE Trans-Audio电声,15,2,70-73,(1967)
[79] Cameron,P.J.,配色方案,技术说明,(1982年),SRON荷兰空间研究所·Zbl 0501.05002号
[80] Neidell,N.S.,确定性反褶积算子-3点还是4点?,地球物理学,37,6,1039-1042,(1972)
[81] Claerbout,J.F。;卡伦巴赫,M。;Balog,O.,《地球探测分析:处理与反演》,(1992年),ISBN 978–0865422100。
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