×

FEniCS中的移动域CFD求解器,应用于湍流中的潮汐涡轮机模拟。 (英语) Zbl 1460.76564号

摘要:通过将增强了基本边界条件弱强制的任意拉格朗日-欧拉变分多尺度公式(ALE-VMS)部署到开源有限元自动化软件FEniCS中,设计了一个移动域计算流体动力学(CFD)求解器。给出了作为湍流大涡模拟(LES)模型的ALE-VMS和作为壁面模型的弱BC的数学公式,以及在FEniCS中的实现细节。为了验证CFD求解器,首先使用移动网格对静止球体的流动进行模拟。精细化研究表明,在固定网格下,结果很快收敛到参考结果。然后,利用该求解器模拟了均匀湍流入流条件下的潮汐涡轮机转子。在均匀入流情况下,推力系数和功率系数的计算结果与实验测量值吻合良好。定量分析了入流紊流强度对潮汐涡轮机性能的影响。

MSC公司:

76英尺65英寸 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
76U05型 旋转流体的一般理论
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 哈里森,M。;巴顿,W。;Bahaj,A.,适用于潮汐涡轮机的叶片元件执行机构圆盘方法,(OCEANS 2010 MTS/IEEE SEATLE(2010),IEEE),1-8
[2] Chen,L。;臧,J。;Hillis,A。;摩根,G。;Plummer,A.,使用OpenFOAM对波浪-结构相互作用的数值研究,海洋工程,88,91-109(2014)
[3] 熊,Q。;Aramideh,S。;Passalacqua,A。;Kong,S.-C.,使用先进的数值模型表征气固流化床中螺旋输送机形状的影响,《传热杂志》,137,6,061008(2015)
[4] 熊,Q。;Kong,S.-C.,生物质热解的高分辨率颗粒尺度模拟,ACS可持续化学。工程师,4,10,5456-5461(2016)
[5] 熊,Q。;杨,Y。;徐,F。;潘,Y。;张杰。;香港。;Lorenzini,G。;Wang,S.,反应器规模生物质热解的计算流体动力学模拟概述,ACS可持续化学。工程师,5,4,2783-2798(2017)
[6] 香港。;高,Y。;A.乌拉。;徐,F。;熊,Q。;Lorenzini,G.,考虑子网格信息的气固鼓泡流态化多尺度CFD建模,高级粉末技术。,29, 3, 488-498 (2018)
[7] 王,Z。;Yan,W。;刘伟凯。;Liu,M.,多层多道选择性激光熔化的粉末尺度多物理建模与尖锐界面捕获方法,计算。机械。,63, 4, 649-661 (2019) ·Zbl 1468.74014号
[8] Logg,A。;马尔达尔,K.-A。;Wells,G.,《有限元法自动求解微分方程:FEMICS书》,第84卷(2012年),施普林格科学与商业媒体·Zbl 1247.65105号
[9] 巴莱,S。;Buschelman,K。;埃伊霍特,V。;格罗普,W.D。;考希克,D。;Knepley,M.G。;McInnes,L.C.公司。;史密斯,B.F。;Zhang,H.,PETSC用户手册(2004),阿贡国家实验室
[10] 埃尔南德斯,V。;罗曼,J.E。;Vidal,V.,SLEPC:用于解决特征值问题的可扩展且灵活的工具包,ACM Trans。数学。软质。,31, 3, 351-362 (2005) ·Zbl 1136.65315号
[11] Tezduyar,T.E.,SUPG和PSPG公式中的稳定参数和元素长度标度,(欧洲数值方法和计算力学会议摘要集(2002年),Miskolc:Miskolc Hungary)
[12] T.E.Tezduyar,用界面跟踪和界面采集技术计算移动边界和界面,摘自:第六届日本-美国国际流量模拟与建模研讨会会前会议记录,日本福冈,2002年·Zbl 1176.76076号
[13] Tezduyar,T.E.,《具有移动边界和界面的流体动力学有限元方法》(Stein,E.;Borst,R.D.;Hughes,T.J.R.,《计算力学百科全书》,第3卷:流体(2004),John Wiley&Sons)·Zbl 1190.76001号
[14] Tezduyar,T.E.,《流体中的有限元:稳定公式和移动边界与界面》,计算与流体,36,191-206(2007)·Zbl 1177.76202号
[15] T.E.Tezduyar,T.J.R.Hughes,对流主导流动的有限元公式,特别强调可压缩的Euler方程,载于:AIAA第21届航空航天科学会议论文集,AIAA论文83-0125,内华达州雷诺,1983年。
[16] Bazilevs,Y。;Calo,V.M。;休斯·T·J·R。;Zhang,Y.,《等几何流体-结构相互作用:理论、算法和计算》,计算。机械。,43, 3-37 (2008) ·兹比尔1169.74015
[17] Bazilevs,Y。;Takizawa,K。;Tezduyar,T.E.,《计算流体-结构相互作用:方法和应用》(2013),威利出版社·Zbl 1286.74001号
[18] Tezduyar,T.E。;Takizawa,K。;Bazilevs,Y.,《流动-结构相互作用和具有移动边界和界面的流动》(《计算力学百科全书》(2018),威利在线图书馆),1-53
[19] Takizawa,K。;Yabe,T。;Y.筑川。;Tezduyar,T.E。;Mizoe,H.,基于自适应无网格Soroban网格的CIP方法计算自由表面流动和流体-物体相互作用,计算。机械。,40, 167-183 (2007) ·Zbl 1177.76300号
[20] Bazilevs,Y。;Calo,V.M。;Cottrell,J.A。;休斯·T·J·R。;Reali,A。;Scovazzi,G.,《不可压缩流动大涡模拟的基于残差的变分多尺度湍流建模》,计算。方法应用。机械。工程,197173-201(2007)·Zbl 1169.76352号
[21] Bazilevs,Y。;Hughes,T.J.R.,基于NURBS的等几何分析,用于计算旋转部件的流动,计算。机械。,43, 143-150 (2008) ·Zbl 1171.76043号
[22] Bazilevs,Y。;徐,M.-C。;阿克曼,I。;赖特,S。;Takizawa,K。;Henicke,B。;斯皮尔曼,T。;Tezduyar,T.E.,全尺寸风力涡轮机转子的三维模拟。第一部分:几何建模和空气动力学,国际。J.数字。《液体方法》,65,207-235(2011)·Zbl 1428.76086号
[23] Bazilevs,Y。;徐,M.-C。;Kiendl,J。;Wüchner,R。;英国Bletzinger,全尺寸风力涡轮机转子的三维模拟。第二部分:复合材料叶片的流体-结构相互作用建模,国际。J.数字。《液体方法》,65,236-253(2011)·Zbl 1428.76087号
[24] Bazilevs,Y。;徐,M.-C。;Takizawa,K。;Tezduyar,T.E.,ALE-VMS和ST-VMS方法,用于风力涡轮机转子空气动力学和流体-结构相互作用的计算机建模,数学。模型方法应用。科学。,22,补充021230002(2012)·Zbl 1404.76187号
[25] 徐,M.-C。;Bazilevs,Y.,风力涡轮机的流体-结构相互作用建模:模拟整机,计算。机械。,50, 821-833 (2012) ·Zbl 1311.74038号
[26] 严,J。;科罗本科,A。;邓,X。;Bazilevs,Y.,《计算自由表面流体-结构相互作用与浮式海上风力涡轮机应用》,计算与流体,141155-174(2016)·Zbl 1390.76376号
[27] 科罗本科,A。;严,J。;戈哈里,S。;Sarkar,S。;Bazilevs,Y.,FSI大气边界层流动中两台背靠背风力涡轮机的模拟,计算与流体,158167-175(2017)·Zbl 1390.86036号
[28] Bazilevs,Y。;严,J。;邓,X。;Korobenko,A.,风力涡轮机的计算机建模:2。自由表面FSI和疲劳损伤,拱形。计算。方法工程,1-15(2018)
[29] 徐,M.-C。;阿克曼,I。;Bazilevs,Y.,使用ALE-VMS的风力涡轮机空气动力学:弱强制边界条件的验证和作用,计算。机械。,50, 499-511 (2012)
[30] van Opstal,T.M。;严,J。;Coley,C。;Evans,J.A。;Kvamsdal,T。;Bazilevs,Y.,《不可压缩湍流的等几何发散变换变分多尺度公式》,计算。方法应用。机械。工程,316,859-879(2017)·Zbl 1439.76036号
[31] Bazilevs,Y。;Akkerman,I.,使用等几何分析和基于残差的变分多尺度方法对湍流Taylor-Couette流进行大涡模拟,J.Compute。物理。,229, 9, 3402-3414 (2010) ·Zbl 1290.76037号
[32] 严,J。;Lin,S。;Bazilevs,Y。;Wagner,G.J.,具有表面张力的多相流的等几何分析及其在上升气泡动力学中的应用,计算与流体(2018)·Zbl 1411.76074号
[33] 严,J。;Yan,W。;Lin,S。;Wagner,G.J.,熔化和凝固的液-固-气热流体流动的全耦合有限元公式,计算。方法应用。机械。工程,336,444-470(2018)·Zbl 1440.74266号
[34] Bazilevs,Y。;科罗本科,A。;严,J。;Pal,A。;S.M.I.戈哈里。;Sarkar,S.,分层湍流不可压缩流的ALE-VMS公式及其应用,数学。模型方法应用。科学。,25, 1540011 (2015) ·Zbl 1329.76050号
[35] 严,J。;科罗本科,A。;Tejada-Martínez,A。;Golshan,R。;Bazilevs,Y.,分层不可压缩湍流的新变分多尺度公式,计算与流体,158150-156(2017)·Zbl 1390.76107号
[36] 徐,S。;刘,N。;Yan,J.,基于残差的变分多尺度建模,平面和三角形波浪地形上的颗粒重力流,计算与液体(2019年)·Zbl 1519.76160号
[37] 徐,F。;席林格,D。;卡门斯基,D。;瓦尔杜恩,V。;王,C。;Hsu,M.-C.,流体的四面体有限元法:复杂几何体周围湍流的浸入式地理分析,计算与流体(2015)
[38] 徐,M.-C。;卡门斯基,D。;Bazilevs,Y。;萨克斯,M.S。;Hughes,T.J.R.,生物假体心脏瓣膜的流体-结构相互作用分析:动脉壁变形的意义,计算机。机械。,54, 1055-1071 (2014) ·Zbl 1311.74039号
[39] Takizawa,K。;Tezduyar,T.E。;Buscher,A。;Asada,S.,心脏瓣膜模型的时空流体力学计算,计算。机械。,54, 973-986 (2014) ·Zbl 1311.74083号
[40] 卡门斯基,D。;徐,M.-C。;席林格,D。;Evans,J.A。;阿加瓦尔,A。;Bazilevs,Y。;萨克斯,M.S。;Hughes,T.J.,《流体-结构相互作用的浸入式地理变分框架:在生物假体心脏瓣膜中的应用》,计算机。方法应用。机械。工程,284,1005-1053(2015)·Zbl 1423.74273号
[41] Takizawa,K。;Tezduyar,T.E。;Uchikawa,H。;Terahara,T。;Sasaki,T。;Shiozaki,K。;吉田,A。;Komiya,K。;Inoue,G.,主动脉流动分析和心脏瓣膜流动和结构分析,(计算流体-结构相互作用和流动模拟前沿(2018),Springer),29-89
[42] 徐,F。;Morganti,S。;扎克扎德,R。;卡门斯基,D。;Auricchio,F。;Reali,A。;休斯·T·J。;萨克斯,M.S。;Hsu,M.-C.,《使用浸入式地理测量流体-结构相互作用分析设计患者专用生物假体心脏瓣膜的框架》,国际期刊编号。方法生物识别。Eng.,34,4,文章2938页(2018)
[43] Takizawa,K。;Tezduyar,T.E。;Kuraishi,T.,地面车辆及其轮胎热流体分析的多尺度时空方法,数学。模型方法应用。科学。,25, 12, 2227-2255 (2015) ·Zbl 1325.76139号
[44] Kuraishi,T。;Takizawa,K。;Tezduyar,T.E.,《轮胎空气动力学与实际轮胎几何、道路接触和轮胎变形》,计算。机械。,63, 6, 1165-1185 (2019) ·Zbl 1469.74041号
[45] 徐,F。;穆萨尼迪斯,G。;卡门斯基,D。;徐,M.-C。;Murugan,M。;Ghoshal,A。;Bazilevs,Y.,移动区域上的可压缩流:稳定方法,弱强制基本边界条件,滑动界面,以及在燃气轮机建模中的应用,计算与流体,158201-220(2017)·兹比尔1390.76805
[46] 徐,F。;Bazilevs,Y。;Hsu,M.-C.,可压缩流动的浸入式几何分析及其在旋翼机气动模拟中的应用,数学。模型方法应用。科学。,29, 05, 905-938 (2019) ·Zbl 1425.35140号
[47] 严,J。;奥吉尔,B。;科罗本科,A。;沙诺夫斯基,J。;Ketterman,G。;Bazilevs,Y.,基于串联配置柔顺水翼推进系统的FSI建模,计算与《流体》(2015),在线出版·Zbl 1390.76375号
[48] 奥吉尔,B。;严,J。;科罗本科,A。;沙诺夫斯基,J。;Ketterman,G。;Bazilevs,Y.,柔顺水翼的实验和数值FSI研究,计算。机械。,55, 1079-1090 (2015)
[49] Helgedagsrud,T.A。;Bazilevs,Y。;Mathisen,K.M。;严,J。;Öseth,O.A.,湍流中桥梁截面抖振响应的建模和模拟,数学。模型方法应用。科学。(2019) ·Zbl 1425.76137号
[50] 卡洛,V。;Tezduyar,T.E.,降落伞系统中流体-结构相互作用的并行三维计算方法,计算。方法应用。机械。工程,190,321-332(2000)·Zbl 0993.76044号
[51] Kanai,T.等人。;Takizawa,K。;Tezduyar,T.E。;田中,T。;Hartmann,A.,可压缩流几何孔隙度建模和航天器降落伞等几何离散计算,计算。机械。,63, 2, 301-321 (2019) ·Zbl 1462.76145号
[52] Takizawa,K。;Tezduyar,T.E。;Kanai,T.,具有几何孔隙度的降落伞可压缩流空气动力学的孔隙度模型和计算方法,数学。模型方法应用。科学。,27, 04, 771-806 (2017) ·Zbl 1361.76017号
[53] Hughes,T.J.,SUPG方法发展和理解的最新进展,特别是可压缩欧拉方程和Navier-Stokes方程,国际期刊Numer。方法流体,7,11,1261-1275(1987)·Zbl 0638.76080号
[54] Tezduyar,T.E.,不可压缩流动计算的稳定有限元公式,(应用力学进展,第28卷(1991),Elsevier),1-44·Zbl 0747.76069号
[55] Olshanskii,M。;润滑油,G。;Heister,T。;Löwe,J.,不可压缩Navier-Stokes方程的梯度-直径稳定和亚网格压力模型,计算。方法应用。机械。工程,198,49-52,3975-3988(2009)·Zbl 1231.76161号
[56] Tezduyar,T.E。;Osawa,Y.,根据元素矩阵和向量计算的有限元稳定参数,计算。方法应用。机械。工程,190,3-4,411-430(2000)·Zbl 0973.76057号
[57] 科罗梅斯,O。;巴迪亚,S。;科迪纳,R。;Principe,J.,湍流不可压缩流大涡模拟的变分多尺度模型评估,计算。方法应用。机械。工程,285,32-63(2015)·Zbl 1423.76152号
[58] Alns,M.s.,UFL:一种有限元形式语言,(有限元法自动求解微分方程(2012),Springer),303-338
[59] Kirby,R.C.,FIAT:有限元基函数的数值构造,(《有限元方法自动求解微分方程》(2012),施普林格出版社),247-255
[60] Alns,医学硕士。;Logg,A。;Mardal,K.-A.,UFC:有限元代码生成界面,(有限元法自动求解微分方程(2012),Springer),283-302
[61] Wilbers,I.M。;马尔达尔,K.-A。;Alns,M.s.,《即时:Python中C/C++的实时编译》,(有限元法自动求解微分方程(2012),Springer),257-272
[62] Logg,A。;威尔斯,G.N。;Hake,J.,DOLFIN:A C++/Python有限元库,(有限元法自动求解微分方程(2012),施普林格出版社),173-225
[63] Jansen,K.E。;科利斯,S.S。;怀特,C。;Shaki,F.,低阶稳定有限元方法的更好一致性,计算。方法应用。机械。工程,174,1-2,153-170(1999)·Zbl 0956.76044号
[64] Lee,S.,中等雷诺数下均匀流中球体后非定常尾迹的数值研究,计算与流体,29,6,639-667(2000)·Zbl 1012.76052号
[65] 古什钦,V。;科斯托马罗夫,A。;Matyushin,P。;Pavlyukova,E.,《绕球体和圆柱的过渡分离流体流动的直接数值模拟》,J.Wind Eng.Ind.Aerodyn。,90, 4-5, 341-358 (2002)
[66] Bahaj,A。;巴顿,W。;McCann,G.,水平轴海流涡轮机水动力性能数值预测的实验验证,更新。能源,32,15,2479-2490(2007)
[67] 严,J。;邓,X。;科罗本科,A。;Bazilevs,Y.,水平轴潮汐流涡轮机的自由表面流建模和模拟,计算机和流体,158157-166(2017)·Zbl 1390.86027号
[68] Jarrin,N。;Prosser,R。;尤里韦,J.-C。;本哈马杜切,S。;Laurence,D.,使用合成涡流法重建RANS/LES混合模拟的湍流波动,《国际热流杂志》,30,3,435-442(2009)
[69] Mycek,P。;Gaurier,B。;Germain,G。;Pinon,G。;Rivoalen,E.,《湍流强度对海流涡轮机性能影响的实验研究》。第一部分:一台涡轮机,更新。能源,66729-746(2014)
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。