×

泰勒-格林涡作为使用低马赫数解算器进行高保真燃烧模拟的基准。 (英语) Zbl 1521.76894号

摘要:验证和确认是任何数值模型开发的关键步骤。虽然已经为商业计算流体动力学(CFD)代码建立了合适的流程,但高保真求解器必须面对更困难的挑战。在一系列针对非反应配置的专门会议上提出了基准。然而,据我们所知,对于湍流反应流,还没有提出合适的方法。本文的目的是为用于模拟湍流反应流的高分辨率代码提供一个完整的验证和验证链,首先是针对低马赫数限制下燃烧的直接数值模拟(DNS)。所选配置建立在泰勒-格林涡的顶部。通过与二维解析解进行比较进行验证。通过与使用伪谱代码获得的已发布结果进行比较,确保了单组分流量的验证。然后考虑无反应的混合,最后计算氢-氧火焰与三维泰勒-格林涡旋的相互作用。本研究使用了三个低马赫数DNS解算器,表明对于所有考虑的量,模拟的最终精度约为1%。所有数据集在[“泰勒-格林涡作为使用低马赫数解算器进行高保真燃烧模拟的基准”下公开可用,https://benchmark.coria-cfd.fr]. 最后从单节点结果和并行效率两方面讨论了代码的性能。

MSC公司:

76伏05 流动中的反应效应
76-04 流体力学相关问题的软件、源代码等
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 泰勒-格林涡作为使用低马赫数解算器进行高保真燃烧模拟的基准。https://benchmark.coria-cfd.fr。 ·Zbl 1521.76894号
[2] AIAA,《计算流体动力学模拟验证和验证指南》(1998),美国航空航天研究所,AIAA-G-077-1998:美国航空航天学会,弗吉尼亚州雷斯顿
[3] 最佳实践指南。ERCOFTAC关于工业CFD质量和信任的特别兴趣小组,(Casey,M.;Wintergerste,T.(2000),欧洲流动、湍流和燃烧研究社区),可在线获取https://www.ercoftac.org网站
[4] 分散多相流计算流体动力学最佳实践指南。欧洲流动、湍流和燃烧研究团体。Sommerfeld M、van Wachem B、Oliemans R,编辑;2008年,在线柜台https://www.ercoftac.org。国际标准图书编号9163335646。
[5] 湍流燃烧计算流体动力学最佳实践指南,(Vervisch,L.;Roekaerts,D.(2016),欧洲流动、湍流和燃烧研究共同体:欧洲流动、紊流和燃烧研究社区伦敦),在线计数器https://www.ercoftac.org
[6] 安德森,美国。;Engström,T。;古斯塔夫森,L。;Karlsson,R.,《汽轮机-99尾水管流量研讨会——经验教训》,QNET-CFD Netw Newsl,217-21(2003)
[7] Barlow R.湍流火焰测量和计算国际研讨会。https://tnfworkshop.org。 ·JFM 17.0816.03号
[8] 喷雾湍流燃烧(TCS)系列。http://www.tcs-workshop.org。
[9] 发动机燃烧网络(ECN)系列。https://ecn.sandia.gov/。
[10] 王,Z。;Fidkowski,K。;Abgrall,R。;Bassi,F。;Caraeni博士。;A.卡里。;Deconick,H。;哈特曼,R。;Hillewaert,K。;Huynh,H。;北卡罗尔。;梅,G。;佩尔松,P.-O。;van Leer,B。;Visbal,M.,《高阶CFD方法:现状与展望》,《国际数值计算流体杂志》,第72期,第811-845页(2013年)·Zbl 1455.76007号
[11] 泰勒,G。;Green,A.,大漩涡产生小漩涡的机制,Proc R Soc A,158,499-521(1937)·JFM 63.1358.03标准
[12] 舒,C.-W。;唐·W·S。;Gottlieb,D。;席林,O。;Jameson,L.,几乎不可压缩无粘Taylor-Green涡旋流动的数值收敛性研究,科学计算杂志,24,1,1-27(2005)·Zbl 1161.76535号
[13] Krüger,T。;瓦尼克,F。;Raabe,D.,标准Bhatnagar-Gross-Krook晶格Boltzmann方法中偏应力张量的二阶收敛,Phys Rev E,82,025701(2010)
[14] 布尔,J。;Jameson,A.,使用高阶通量重建方案模拟泰勒-格林涡旋,AIAA J,53,9,2750-2761(2015)
[15] Quéré,P.L。;魏斯曼,C。;Paillère,H。;维伦德尔斯,J。;迪克·E。;Becker,R.,《大温差自然对流的建模:低马赫数求解器的基准问题》。第1部分:参考溶液,数学模型数值分析,39,609-616(2005)·Zbl 1130.76047号
[16] 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
[17] 湍流反应流的直接数值模拟,(Baritaud,T.;Poinsot,T.);Baum,M.(1996),TECHNIP)
[18] Cant,S.,《预混湍流火焰的直接数值模拟》,Philos Trans R Soc A,35735604(1999)·Zbl 0965.80008号
[19] Wu,Y。;Haworth,D。;莫德斯特,M。;Cuenot,B.,预混燃烧系统中湍流/辐射相互作用的直接数值模拟,Proc Combust Inst,30(1),639-646(2005)
[20] Sankaran,R。;霍克斯,E。;陈,J。;卢·T。;Law,C.,湍流贫液预混燃烧的直接数值模拟,J Phys,46(2006),004/1-42
[21] 理查德森,E。;Sankaran,R。;灌浆,R。;Chen,J.,湍流预混甲烷-空气燃烧中反应扩散对物种混合速率影响的数值分析,燃烧火焰,157,506-515(2010)
[22] 夏,J。;Luo,K.,惰性液滴抑制燃烧过程中蒸发效应的直接数值模拟研究,Proc Combust Inst,332581-2590(2011)
[23] 穆罗,V。;多明戈,P。;Vervisch,L.,复杂几何体大规模并行CFD代码的设计,Comptes-Rendus Méc,339,2,141-148(2011),http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631072110002111 ·Zbl 1217.76054号
[24] 迪马雷,F。;Knappstein,R。;Baumann,M.,《LES质量标准在内燃机流动中的应用》,计算流体,89,200-213(2014)·Zbl 1391.76213号
[25] Trisjono,P。;Pitsch,H.,《从DNS开发燃烧模型的系统分析策略:综述》,Flow Turbul Combust,95,231-259(2015)
[26] Abdelsamie,A。;水果,G。;迪茨施,F。;Janiga,G。;Thévenin,D.,使用浸没边界直接数值模拟低马赫数湍流反应和两相流,计算流体,131,5,123-141(2016)·Zbl 1390.76123号
[27] Aspden,A。;Day,M。;Bell,J.,湍流贫预混甲烷燃烧的三维直接数值模拟及详细动力学,Combust Flame,166,266-283(2016)
[28] Im,H.,《燃烧科学的直接数值模拟:过去、现在和未来》(De,S.;Agarwal,A.;Chaudhuri,S.);Sen,S..,《湍流燃烧建模与模拟》(2018),施普林格:施普林格新加坡)
[29] Ranade,R。;Echekki,T.,基于数据的湍流燃烧闭合框架:后验验证,燃烧火焰,210,279-291(2019)
[30] Ihme,M.,《湍流燃烧预测模拟的要求》,AIAA科学技术2019论坛,AIAA 2019-0996,加利福尼亚州圣地亚哥(2019)
[31] Brachet,M。;梅隆,D。;Orszag,S。;镍,B。;莫尔夫,R。;Frisch,U.,《泰勒-格林涡旋和充分发展的湍流》,《J Stat Phys》,34,1049-1063(1984)
[32] 周,H。;你,J。;熊,S。;杨,Y。;塞韦宁,D。;Chen,S.,预混火焰前锋和三维泰勒-格林涡旋之间的相互作用,Proc Combust Inst,37,2461-2468(2019)
[33] Pitsch H.第十七届国际数值燃烧会议,2019年,亚琛。https://nc19.itv.rwth-aachen.de。
[34] Moureau V.Yales2公共网站。https://www.coria-cfd.fr/index.php/YALES2。
[35] 穆罗,V。;多明戈,P。;Vervisch,L.,《从大涡模拟到贫预混旋流火焰的直接数值模拟:过滤层流火焰-pdf建模》,Combust flame,158,7,1340-1357(2011)
[36] Benard,P。;巴拉拉克,G。;穆罗,V。;Dobrzynski,C。;拉蒂格,G。;D'Angelo,Y.,《复杂几何体中大规模模拟的网格自适应》,《国际数值方法流体》,81719-740(2015)
[37] Chorin,A.,Navier-Stokes方程的数值解,数学计算,22,104,745-762(1968)·Zbl 0198.50103号
[38] Kraushaar,M.,可压缩和低马赫数方法在航空发动机湍流大涡模拟中的应用(2011年),图卢兹国立理工学院博士论文
[39] 马兰丹,M。;马休,N。;Moureau,V.,在大规模并行机上求解椭圆方程的紧缩共轭梯度算法的优化,J Comput Phys,238,32-47(2013)
[40] 皮尔斯,C。;Moin,P.,非混合湍流燃烧大涡模拟的过程变量方法,《流体力学杂志》,50473-97(2004)·Zbl 1116.76374号
[41] Goodwin,D.,一个用于CVD过程模拟的开源、可扩展软件套件,Chem Vapor Depos XVI EUROCVD,2003-2008(2003)
[42] Hirschfelder,J。;伯德·R。;柯蒂斯,C.,气体和液体的分子理论(1964),威利·Zbl 0057.23402号
[43] 萨瑟兰,W.,LII。气体粘度和分子力,Lond Edib Dublin Philos Mag J Sci,36,223,507-531(1893)·JFM 25.1544.01号
[44] 科恩,S。;Hindmarsh,A。;Dubois,P.,CVODE,C中的刚性/非刚性ODE解算器,计算物理,10,2,138-143(1996)
[45] Hindmarsh A.,Serban R.,CVODE用户文档。https://computing.llnl.gov/sites/default/files/public/cv_guide.pdf。
[46] Hindmarsh,A。;布朗,P。;格兰特,K。;Lee,S。;塞尔维亚人,R。;Shumaker,D.,SUNDIALS:非线性和微分/代数方程求解器套件,ACM Trans Math Soft(TOMS),31,3,363-396(2005)·Zbl 1136.65329号
[47] 李,N。;Laizet,S.,2DECOMP&FFT-高度可扩展的2D分解库和FFT接口,克雷用户组2010年会议,爱丁堡(2010)
[48] Niemeyer K.、Curtis N.、pyJac v1.0.6。2018https://github.com/slackha/pyJac,10.5281/zenodo.1182789。
[49] Goodwin D.、Speth R.、Moffat H.、Weber B.Cantera:面向对象的化学动力学、热力学和传输过程软件工具包。2018网址:https://www.cantera.org版本2.4.0.10.5281/zenodo.1174508。
[50] Ern,A。;Giovangigli,V.,《快速准确的多组分传输特性评估》,《计算物理杂志》,120,105-116(1995)·Zbl 0938.76097号
[51] Abdelsamie,A。;Thévenin,D.,《通过直接数值模拟研究湍流空间旋转射流中喷雾燃烧行为》,Proc Combust Inst,37,3,2493-2502(2019)
[52] Abdelsamie,A。;Thévenin,D.,用DNS研究湍流喷雾火焰中纳米颗粒的行为和形成,(García-Villalba,M.;Kuerten,H.;Salvetti,M.,直接和大涡模拟XII.直接和大旋涡模拟XII,ERCOFTAC系列,27(2020),Springer)
[53] Chi,C。;Abdelsamie,A。;Thévenin,D.,《不可压缩流动的定向幽灵细胞浸没边界法》,《计算物理杂志》,404109122-109142(2020)·Zbl 1453.76123号
[54] Chi,C。;Janiga,G。;Abdelsamie,A。;Záhringer,K。;Turányi,T。;Thévenin,D.,合成气火焰放热最佳化学标记物的DNS研究,Flow Turbul Combust,98,4,1117-1132(2017)
[55] 奥斯特·T。;Abdelsamie,A。;莫特贾特,M。;Gerrits,T。;Rössl,C。;塞韦宁,D。;Theisel,H.,燃烧过程可视化分析中火焰表面的动态跟踪,计算图论坛,37,6,358-369(2018)
[56] Chi,C。;Abdelsamie,A。;Thévenin,D.,均质氢-空气预混合物中热点诱导点火的直接数值模拟和点火点跟踪,Flow Turbul Combust,101,1,103-121(2018)
[57] Abdelsamie,A。;Thévenin,D.,用DNS研究标量耗散率对湍流喷雾燃烧的影响,(Salvetti,M.;Armenio,V.;Fröhlich,J.;Geurts,B.;Kuerten,H.,直接和大涡模拟XI.直接和大流模拟XI,ERCOFTAC系列,第25卷(2019),Springer)
[58] Abdelsamie,A。;Kruis,F。;Wiggers,H。;Thévenin,D.,用DNS研究湍流喷雾火焰中纳米颗粒的形成和行为,Flow Turbul Combust,105,497-516(2020)
[59] Abdelsamie,A。;Chi,C。;Nanjaiah,M。;斯肯德罗维奇一世。;苏莱曼,S。;Thévenin,D.,喷雾燃烧器中湍流喷雾燃烧的直接数值模拟:喷射器几何形状的影响,Flow Turbul Combust,106453-469(2021)
[60] 侯赛尼,S。;Abdelsamie,A。;Darabiha,N。;Thévenin,D.,Low-Mach混合晶格Boltzmann-复杂流动中燃烧的有限差分求解器,《物理流体》,32,077105(2020)
[61] Nek5000 v17.0版。http://nek5000.mcs.anl.gov美国伊利诺伊州阿贡国家实验室。
[62] Tomboulides,A。;Lee,J。;Orszag,S.,低马赫数反应流的数值模拟,科学计算杂志,12139-167(1997)·Zbl 0905.76055号
[63] Patera,A.,《流体动力学的谱元方法:通道扩张中的层流》,《计算物理杂志》,54,3468-488(1984)·Zbl 0535.76035号
[64] 德维尔,M。;菲舍尔,P。;Mund,E.,《不可压缩流体流动的高阶方法》(2002),剑桥大学出版社·Zbl 1007.76001号
[65] Tanarro,A。;马勒,F。;Offermans,N。;佩普林斯基,A。;维努萨,R。;Schlater,P.,《为机翼截面周围湍流的光谱元模拟启用自适应网格细化》,《湍流燃烧》,105,2,415-436(2020)
[66] Tomboulides,A。;Orszag,S.,低马赫数可压缩代码的准二维基准问题,计算物理杂志,146691-706(1998)·Zbl 0913.76060号
[67] Kee R.,Rupley F.,Miller J.Chemkin-II:气相化学动力学分析的Fortran化学动力学包。沙子-89-80091989;。
[68] 施密特,M。;Frouzakis,C。;Tomboulides,A。;Wright,Y。;Boulouchos,K.,《类发动机条件下压缩对流量、温度和成分影响的直接数值模拟》,Proc Combust Inst,35,3069-3077(2015)
[69] Giannakopoulos,G。;Frouzakis,C。;菲舍尔,P。;Tomboulides,A。;Boulouchos,K.,《使用高阶方法研究内燃机内部气体交换过程的LES》,Flow Turbul Combust,104,673-692(2020)
[70] Brambilla,A。;Frouzakis,C。;Mantzaras,J。;Tomboulides,A。;科克迈尔,S。;Boulouchos,K.,《含共轭传热的铂涂层通道中H2/空气异/均相燃烧的详细瞬态数值模拟》,《燃烧火焰》,161(10),2692-2707(2014)
[71] Arani,B。;Frouzakis,C。;Mantzaras,J。;Boulouchos,K.,《含详细化学的pt上湍流燃料-(H{}_2)/空气异/均相燃烧的三维直接数值模拟》,Proc Combust Inst,36(3),4355-4363(2017)
[72] Laizet,S。;Lamballais,E.,《不可压缩流的高阶紧致格式:一种具有准谱精度的简单高效方法》,《计算物理杂志》,2285989-6015(2009)·Zbl 1185.76823号
[73] 瓦恩·里斯。;伦纳德,A。;普林,D。;Koumoutsakos,P.,高雷诺数下模拟周期性涡流的涡流和伪谱方法的比较,J Comput Phys,2302794-2805(2011)·Zbl 1316.76066号
[74] 在第50届美国航空航天协会航空航天科学会议上举办的第一次高阶CFD方法国际研讨会。2012年1月7日至8日,田纳西州纳什维尔,https://cfd.ku.edu/hiocfd.html。
[75] 波文,P。;吉梅内斯,C。;Sánchez,A。;Williams,F.,(H{}_2)-空气燃烧的显式简化机制,Proc Combust Inst,33,517-523(2011)
[76] 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)
[77] Motheau,E。;Abraham,J.,低马赫数反应流DNS的高阶数值算法,具有详细的化学和准谱精度,《计算物理杂志》,313430-454(2016)·Zbl 1349.65324号
[78] Ferziger,J。;Perić,M.,《流体动力学计算方法》(2012),施普林格·Zbl 0869.76003号
[79] 塞利克,I。;Ghia,美国。;罗奇,P。;弗雷塔斯,C。;科尔曼,H。;Raad,P.,《CFD应用中离散化引起的不确定性的估算和报告程序》,J Fluids Eng,130,078001(2008)
[80] IPACS(计算机系统的综合性能分析)。Taubench:非结构化网格基准。http://134.155.100.91/index.php?s=download&unterseite=taubench。
[81] IPACS。IPACS项目概览IPACS基准套件、性能建模和预测方法、基准环境。https://www.researchgate.net/publication/228908352_The_IPACS-Project_at_Glance-IPACS_Benchmark_Suite_Performance_Modeling_and_Predication_Methods_Benchmarking_Environment。
[82] TGCC的Irene Joliot-Curie机器。http://www-hpc.cea.fr/fr/complexe/tgcc-Irene.html。
[83] LRZ的SuperMUC-NG机器。https://doku.lrz.de/display/PUBLIC/SuperMUC-NG。
[84] CSCS的Piz Daint机器。https://www.cscs.ch/computers/piz-daint。
[85] Schwamborn,D。;Gerhold,T。;Heinrich,R.,《DLR TAU代码:在研究和工业中的最新应用》,ECCOMAS CFD 2006年会议(2006年),https://elib.dlr.de/2421/
[86] LINPACK基准。https://en.wikipedia.org/wiki/LINPACK_benchmarks。 ·Zbl 1115.68041号
[87] Dongarra,J。;Heroux,M。;Luszczek,P.,《高性能共轭梯度基准:高性能计算系统排名的新指标》,《国际高性能计算应用》,30,1,8(2015),https://www.hpcg-benchmark.org/index.html
[88] TGCC的Irene Joliot-Curie机器排名。https://www.top500.org/system/179411。
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。