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RBF-FD微燃烧建模:一种用于复杂几何形状反应流的高阶无网格方法。 (英语) Zbl 1481.76278号

概述:新的微型设备,如无人驾驶飞行器或微型机器人,增加了对新一代小型燃烧动力系统的需求,这种系统超越了电池或燃料电池的能量密度限制。短停留时间和剧烈热损失的特点降低了基于燃烧的设备的效率,这是一个关键因素,需要进行剧烈的建模工作,以了解阻碍其有效运行的相互竞争的物理化学现象。考虑到这一目标,本文致力于开发一种高阶无网格方法,用径向基函数生成的有限差分(RBF-FD)对复杂几何体内部的燃烧进行建模,该方法基于多元多项式(PHS+poly)增强的多谐样条(PHS)。在我们的模型中,微转子发动机的燃烧室由一个非定常反应扩散方程组模拟,该方程组与通过大细长二维狭窄通道的定常流动耦合。转换效率的特征是识别不同的燃烧状态,这些燃烧状态是燃点的函数。我们表明,PHS+基于多边形的RBF-FD能够在离散节点分布上实现高阶代数收敛,从而能够在流体域的关键区域进行节点细化。这一特性使其特别适合于将不规则几何体中的问题与前沿解决方案(如反应前沿或冲击波)相结合。通过几个数值试验验证了该方法的准确性和有效性。

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76伏05 流动中的反应效应
65D12号 数值径向基函数近似
80甲19 扩散和对流传热传质、热流
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参考文献:

[1] E.委员会,地平线2020工作计划2018-2020,2019。
[2] 斯普拉格,S.B。;公园,西南部。;华尔特特区。;Pisano,A.P。;费尔南德斯·佩洛(Fernandez-Pello),A.C.,《小型旋转发动机的开发和特性》,国际J.Alten出版社。推进器。,1, 2-3, 275-293 (2007)
[3] Sánchez-Sanz,M。;费尔南德斯·塔拉佐,E。;Sánchez,A.L.,局部能源热释放边界层点火机制,Proc。库布斯特。研究所,36,1,1467-1473(2017)
[4] Fernández-Galisteo,D。;吉梅内斯,C。;桑切斯·桑兹,M。;Kurdyumov,V.N.,化学计量学对在狭窄通道中传播的预混火焰的影响:对称破缺分岔,Combust。理论模型。,21, 6, 1050-1065 (2017) ·Zbl 1519.80056号
[5] Fernández-Galisteo,D。;Kurdyumov,V.N。;Ronney,P.D.,两个紧密间距平行板之间预混合火焰传播的分析,Combust。火焰。,190, 133-145 (2018)
[6] Sánchez-Sanz,M.,有热再循环和无热再循环的窄通道预混火焰熄灭,Combust。火焰。,159, 10, 3158-3167 (2012)
[7] 左,W。;李强。;何,Z。;Li,Y.,带喷射器的氢燃料微平面燃烧室热性能增强的数值研究,微热电应用,能源,194,116904(2020)
[8] 李强。;左,W。;Zhang,Y。;李,J。;He,Z.,矩形肋对氢燃料微型燃烧室(火用)效率的影响,国际氢能杂志,45,16,10155-10163(2020)
[9] 左,W。;李,J。;Zhang,Y。;李强。;贾,S。;He,Z.,氢燃料微型圆柱形燃烧器燃烧效率的多因素影响机制,国际氢能杂志,45,32319-2330(2020)
[10] 左,W。;李,J。;Zhang,Y。;李强。;He,Z.,结合灰色关联分析和方差分析的多因素对氢燃料微圆筒燃烧室综合性能的影响,能源,117439(2020)
[11] 舒,C。;丁,H。;Yeo,K.,基于局部径向基函数的微分求积方法及其在求解二维不可压缩Navier-Stokes方程中的应用,计算。方法应用。机械。工程,192,7-8,941-954(2003)·Zbl 1025.76036号
[12] Tolstykh,A。;Shirobokov,D.,《关于在“有限差分模式”中使用径向基函数并应用于弹性问题的计算》。机械。,33, 1, 68-79 (2003) ·Zbl 1063.74104号
[13] Wright,G.B。;Fornberg,B.,由径向基函数生成的散射节点紧有限差分型公式,J.Compute。物理学,212,199-123(2006)·Zbl 1089.65020号
[14] 福恩伯格,B。;Flyer,N.,《径向基函数及其在地球科学中的应用入门》(2015),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 1358.86001号
[15] Fasshauer,G.E.,《使用MATLAB的无网格近似方法》,《跨学科数学科学》第6卷(2007年),世界科学出版社:新加坡世界科学出版社·Zbl 1123.65001号
[16] 传单,N。;Lehto,E。;布莱斯,S。;Wright,G.B。;St-Cyr,A.,《RBF生成的非线性传输有限差分指南:球体上的浅水模拟》,J.Compute。《物理学》,2314078-4095(2012)·Zbl 1394.76078号
[17] 巴约纳,V。;传单,N。;卢卡斯,G。;Baumgaertner,A.,一个三维RBF-FD解算器,用于用地形模拟大气全球电路(GEC-RBFFD v1)。0),地质科学。模型开发,8,10,3007(2015)
[18] Piret,C。;北卡罗来纳州迪萨纳亚克。;Gierke,J.S。;Fornberg,B.,非均匀系统中地质过程改进数值近似的径向基函数方法,数学。地质科学。,1-21 (2019)
[19] 巴约纳,V。;Kindelan,M.,使用RBF生成的有限差分在3D狭窄开放管道中传播预混层流火焰,Combust。理论模型。,17, 5, 789-803 (2013) ·Zbl 1516.80028号
[20] 金德兰,M。;Bayona,V.,RBF无网格方法在层流火焰传播中的应用,《工程分析》。绑定。元素。,37, 12, 1617-1624 (2013) ·Zbl 1287.80005号
[21] Shankar,V。;赖特,G.B。;Kirby,R.M。;Fogelson,A.L.,表面扩散和反应扩散方程的径向基函数(RBF)-有限差分(FD)方法,科学杂志。计算。,63, 3, 745-768 (2015) ·Zbl 1319.65079号
[22] Shankar,V。;Wright,G.B.,使用径向基函数在球体上传输的无网格半拉格朗日方法,J.Compute。Phys,366170-190(2018)·Zbl 1406.65099号
[23] 佩特拉斯,A。;Ling,L。;Piret,C。;Ruuth,S.J.,最小平方隐式RBF-FD最近点方法及其在运动曲面上PDE的应用,J.Compute。《物理学》,381,146-161(2019)·Zbl 1451.65110号
[24] B.马丁。;Fornberg,B.,径向基函数生成有限差分(RBF-FD)地震建模——界面的简化处理,J.Compute。《物理学》,335828-845(2017)
[25] B.马丁。;Fornberg,B.,《使用径向基函数生成有限差分(RBF-FD)解决界面区域的传热平衡问题》,《工程分析》。已绑定。标高。,79, 38-48 (2017) ·Zbl 1403.80035号
[26] 斯莱克,J。;Kosec,G.,接触问题的自适应径向基函数生成有限差分法,国际期刊数值。方法工程,119,7,661-686(2019)
[27] Bollig,E.F。;传单,N。;Erlebacher,G.,在多个GPU上使用径向基函数有限差分(RBF-FD)求解PDE,J.Compute。《物理学》,第231、21、7133-7151页(2012年)
[28] Tillenius,M。;Larsson,E。;Lehto,E。;Flyer,N.,大气流动的可扩展RBF-FD方法,J.Compute。《物理学》,298406-422(2015)·Zbl 1349.86014号
[29] Elliott,S。;库马尔,R.R.P。;传单,N。;Ta,T。;Loft,R.,《使用径向基函数生成的有限差分方法实现可扩展、性能便携式浅水方程解算器》,《国际高性能计算》。申请。,33, 4, 619-631 (2019)
[30] Bayona,V.,《用多项式增强的RBF-FD近似的见解》,计算。数学。申请。,77,92337-2353(2019)·Zbl 1442.41007号
[31] 传单,N。;福恩伯格,B。;巴约纳,V。;Barnett,G.A.,《关于多项式在RBF-FD近似中的作用:I.插值和精度》,J.Compute。物理。,321, 21-38 (2016) ·Zbl 1349.65642号
[32] 传单,N。;巴内特,G。;Wicker,L.,《用径向基函数增强有限差分:Navier-Stokes方程的实验》,J.Compute。物理。,316, 39-62 (2016) ·Zbl 1349.76460号
[33] 巴约纳,V。;传单,N。;福恩伯格,B。;Barnett,G.A.,关于多项式在RBF-FD近似中的作用:II。椭圆偏微分方程的数值解,J.Comput。物理。,332, 257-273 (2017) ·Zbl 1380.65144号
[34] 巴约纳,V。;传单,N。;Fornberg,B.,《关于多项式在RBF-FD近似中的作用:III.域边界附近的行为》,J.Compute。物理。,380, 378-399 (2019) ·Zbl 1451.65012号
[35] Sánchez-Sanz,M。;Fernández-Galisteo,D。;Kurdyumov,V.N.,当量比、Damköhler数、路易斯数和热释放对微通道层流预混火焰稳定性的影响,Combust。火焰。,161, 5, 1282-1293 (2014)
[36] Veiga-López,F。;Martínez-Ruiz,D。;费尔南德斯·塔拉佐,E。;Sánchez-Sanz,M.,hele-shaw单元内振荡预混火焰向封闭端传播的实验分析,Combust。火焰。,201, 1-11 (2019)
[37] Mairhuber,J.C.,关于具有唯一解的切比雪夫近似问题的哈尔定理,Proc。美国数学。Soc.,7,4,609-615(1956年)·Zbl 0070.29101号
[38] 福恩伯格,B。;Lehto,E。;Powell,C.,基于高斯的RBF-FD模具的稳定计算,计算。数学。申请。,65, 627-637 (2013) ·Zbl 1319.65011号
[39] 福恩伯格,B。;Larsson,E。;Flyer,N.,高斯径向基函数的稳定计算,SIAM J.Sci。计算。,33(2), 869-892 (2011) ·Zbl 1227.65018号
[40] 赖特,G.B。;Fornberg,B.,使用向量值有理逼近的平面径向基函数的稳定计算,J.Compute。物理。,331, 137-156 (2017) ·Zbl 1378.65045号
[41] 福恩伯格,B。;Flyer,N.,无网格PDE离散化二维节点分布的快速生成,计算。数学。申请。,69,7531-544(2015)·Zbl 1443.65413号
[42] Shankar,V。;Kirby,R.M。;Fogelson,A.L.,不规则区域和曲面上无网格离散化的稳健节点生成,SIAM J.Sci。计算。,40、4、A2584-A2608(2018)·Zbl 1393.68177号
[43] 斯莱克,J。;Kosec,G.,《关于无网格PDE离散化节点分布的生成》,SIAM J.Sci。计算。,41、5、A3202-A3229(2019)·Zbl 07123723号
[44] Larsson,E。;Fornberg,B.,基于径向基函数的椭圆偏微分方程解方法的数值研究,计算。数学。申请。,46, 5-6, 891-902 (2003) ·Zbl 1049.65136号
[45] Kurdyumov,V。;Fernandez-Tarrazo,E.,Lewis数对狭窄开放管道中预混层流火焰传播的影响,Combust。火焰。,1284382-394(2002年)
[46] Kurdyumov,V.N.,Lewis数对预混火焰在窄绝热通道中传播的影响:对称和非对称火焰及其线性稳定性分析,Combust。火焰。,158, 7, 1307-1317 (2011)
[47] Sherwin,S.J。;Blackburn,H.M.,稳态和脉动轴对称狭窄流的三维不稳定性和转变,流体力学杂志。,533, 297-327 (2005) ·Zbl 1074.76021号
[48] Varghese,S.S。;Frankel,S.H。;Fischer,P.F.,狭窄流动的直接数值模拟。第1部分:。稳定流动,J.流体力学。,582, 253-280 (2007) ·Zbl 1114.76075号
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