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一种用于可压缩流动模拟的组合鬼点推进/直接推进浸没边界法(IBM)。 (英语) Zbl 1390.76554号

摘要:本手稿描述了浸没边界法(IBM)在可压缩反应性多分量Navier-Stokes解算器中的实现。后者利用结构笛卡尔网格上的高精度离散格式。对于浸没边界法,考虑了直接定位和鬼点定位两种方案。直接激励源项被添加到Navier-Stokes(NS)方程的三个分量,即动量方程中,用于在流体-体界面处施加无滑移边界条件。它与鬼点追踪方案相结合,以在标量方程(密度、能量和物种质量分数)中强制执行质量守恒和边界条件。与立体几何相关的三维曲面的离散化是通过三角剖分获得的,三角剖分是在立体成像(STL)数据格式中处理的。因此,浸没边界由有限个拉格朗日点表示,这些拉格朗日点与基本三角形的重心相关。IBM程序的主要组件包括数据结构本身、计算节点(即流体、虚拟或实体)状态的确定、插值规则和强制模型。通过考虑一组大型二维基准,对所得浸没边界格式的性能进行了研究,其中包括放置在亚音速或超音速流中的圆柱体、平板上的亚音速气流、与各种障碍物的动激波相互作用。数值结果与可用的理论、实验和数值数据进行了令人满意的比较。然后,在更具代表性的流场上说明了该方法的能力,例如在矩形空腔上发展的二维非反应和反应高速流以及在刚体上的三维超音速流。

MSC公司:

76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
76牛顿 可压缩流体和气体动力学
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参考文献:

[1] Achenbach,E.,《球体的旋涡脱落》,《流体力学杂志》,62,02,209-221,(1974)
[2] 阿纳瓦拉达姆,T。;钱德拉,B。;巴布,V。;Chakravarthy,S。;Panneerselvam,S.,空腔上方受限非定常超音速流动的实验和数值研究,Aeronaut J,108,135-144,(2004)
[3] Balaras,E.,在大涡模拟中使用固定笛卡尔网格上的外力场建模复杂边界,计算流体,33,3,375-404,(2004)·Zbl 1088.76018号
[4] Balsara,D.S。;Shu,C.-W.,具有越来越高精度的保单调加权本质非振荡格式,计算物理杂志,160,2,405-452,(2000)·Zbl 0961.65078号
[5] Ben-Dor,G。;Takayama,K。;Kawauchi,T.,《真正非平稳流动中从规则反射到马赫反射以及从马赫反射到规则反射的转变》,《流体力学杂志》,100,01,147-160,(1980)
[6] Ben-Yakar,A。;Hanson,R.K.,《超音速燃烧冲压发动机点火和火焰稳定用腔式火焰稳定器:概述》,《Propul Power杂志》,17,4,869-877,(2001)
[7] Billig,F.S.,球形和圆柱形头部物体周围的冲击波形状,太空人火箭杂志,4,6,822-823,(1967)
[8] Bobenrieth Miserda RF、Queiroz RL、Maldonado AL、Ribeiro ID、Godoy K、Neto OG。使用高阶浸没边界法直接计算复杂几何体产生的噪声。AIAA论文2009;2009-3181.; Bobenrith Miserda RF、Queiroz RL、Maldonado AL、Ribeiro ID、Godoy K、Neto OG。使用高阶浸入边界法直接计算复杂几何形状产生的噪声。AIAA论文2009;2009-3181.
[9] Boiron,O。;Chiavassa,G。;Donat,R.,有障碍物情况下大马赫数流动的高分辨率惩罚方法,计算流体,38,3,703-714,(2009)·兹比尔1193.76097
[10] Bringley,T.T。;Peskin,C.S.,《无界区域Stokes流浸没边界法中表示球体和细长体的简单方法的验证》,《计算物理杂志》,227,11,5397-5425,(2008)·Zbl 1220.76026号
[11] 布里斯科里尼,M。;Santangelo,P.,《不可压缩非定常流掩模方法的发展》,《计算物理杂志》,84,1,57-75,(1989)·Zbl 0678.76021号
[12] Bryson,A。;Gross,R.,《圆锥、圆柱和球体对强冲击的衍射》,《流体力学杂志》,10,01,1-16,(1961)·Zbl 0100.22103号
[13] Buttay,R。;戈麦斯。;Lehnasch,G。;Mura,A.,火箭发动机点火器下游燃烧的高分辨率数值模拟,冲击波,27,4,655-674,(2017)
[14] Buttay,R。;Lehnasch,G。;Mura,A.,高度欠膨胀射流中小尺度标量混合过程的分析,冲击波,26,2,193-212,(2016)
[15] Chang,S.-M。;Chang,K.-S.,关于schardin问题中的冲击波与ortex相互作用,冲击波,10,5,333-343,(2000)·Zbl 0982.76506号
[16] 乔杜里,A。;哈贾德,A。;Chinnayya,A.,《关于冲击/障碍物相互作用中浸没边界方法的使用》,《计算物理杂志》,230,5,1731-1748,(2011)·Zbl 1391.76531号
[17] Ern,A。;Giovangigli,V.,《多分量传输算法》,物理学讲义,系列专著m24,(1994),柏林斯普林格出版社·Zbl 0820.76002号
[18] 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
[19] 格洛温斯基,R。;潘·T。;小韦尔斯,共和党人。;Zhou,X.,使用虚拟域的Neumann问题的小波和有限元解,J Comput Phys,126,1,40-51,(1996)·Zbl 0852.65098号
[20] Goldstein,D。;Handler,R.公司。;Sirovich,L.,用外力场模拟无滑移流动边界,计算物理杂志,105,2,354-366,(1993)·兹比尔0768.76049
[21] 哈贾德,A。;Kudryavtsev,A.,《高速空气动力学中的计算和流动可视化》,J Turbul,N16,(2005)
[22] J.O.Hirschfelder。;柯蒂斯,C.F。;伯德·R·B。;Mayer,M.G.,气体和液体的分子理论,26,(1954),威利纽约·Zbl 0057.23402号
[23] 伊万诺夫,M.S。;Vandrome,D。;福明,V。;Kudryavtsev,A。;哈贾德,A。;Khotyanovsky,D.,激波规则反射和马赫反射之间的转换:新的数值和实验结果,激波,11,3,199-207,(2001)·Zbl 0978.76514号
[24] Juric,D.,相位变化的计算,(1996),密歇根大学博士论文
[25] Juric博士。;Tryggvason,G.,《枝晶凝固的前跟踪方法》,《计算物理杂志》,123,1,127-148,(1996)·Zbl 0843.65093号
[26] Kaca,J.,《平面激波在半圆柱体上衍射的干涉测量研究》,技术报告N89,(1988),NASA STI/Recon
[27] 卡拉卡,M。;北拉德詹。;Fedioun,I.,高速无反应和反应空气的隐式大涡模拟/\(\text{高}_{\text{2}})具有五阶WENO格式的射流,计算流体,62,25-44,(2012)·Zbl 1365.76087号
[28] Kegerise,医学硕士。;斯皮纳,E.F。;加格,S。;Cattafesta,L.N.,腔上可压缩流的模式切换和非线性效应,《物理流体》,16,3,678-687,(2004)·Zbl 1186.76274号
[29] Khadra,K。;Angot,P。;帕奈克斯,S。;Caltagirone,J.-P.,Navier-Stokes方程数值建模的虚拟域方法,Int J Numer Methods Fluids,34,8651-684,(2000)·兹比尔1032.76041
[30] 克努普,P。;Salari,K.,《计算科学与工程中计算机代码的验证》,(2002),CRC出版社
[31] 小林,S。;Adachi,T.,“双解决方案中斜激波反射稳定性的实验”,第21届国际激波相互作用研讨会论文集,26-29,(2014),拉脱维亚大学
[32] Kravchenko,A.G。;梅因,P。;Shariff,K.,《复杂湍流模拟的B样条方法和分区网格》,《计算物理杂志》,151,2757-789,(1999)·Zbl 0942.76058号
[33] 赖,M.-C。;Peskin,C.S.,《具有形式二阶精度和降低数值粘性的浸没边界法》,《计算物理杂志》,160,2,705-719,(2000)·Zbl 0954.76066号
[34] 马丁内斯·费雷尔,P.J。;Buttay,R。;Lehnasch,G。;Mura,A.,可压缩反应性多组分Navier-Stokes解算器的详细验证程序,计算流体,89,88-110,(2014)·Zbl 1391.76234号
[35] 马丁内斯·费雷尔,P.J。;Lehnasch,G。;Mura,A.,《高速反应混合层中的压缩性和放热效应》。第一部分:增长率和湍流特征,Combust Flame,180,284-303,(2017)
[36] de Matos,A。;Pinho,F.A.A。;Silveira-Neto,A.,具有温度波动的二维空腔湍流的大涡模拟,《国际热质传递杂志》,42,49-59,(1999)·Zbl 0944.76559号
[37] 米卡·D·J。;Driscoll,J.F.,带腔式火焰稳定器的双模超燃冲压发动机燃烧室的燃烧特性,Proc Combust Inst,32,2,2397-2404,(2009)
[38] 米塔尔,S。;Balachandar,R.,《关于在二维钝体尾流模拟中纳入三维效应》,1997年ASME流体工程部夏季会议论文集,(1997)
[39] Möller,T。;Trumbore,B.,《快速,最小存储光线/三角形交集》,ACM SIGGRAPH 2005课程,7,(2005),ACM
[40] 莫尔,Y。;萨贝尔尼科夫,V。;Mura,A。;Smart,M.,12马赫超燃冲压发动机的计算流体动力学研究,Propul Power杂志,30,2461-473,(2014)
[41] 莫尔,Y。;萨贝尔尼科夫,V。;穆拉,A。;Smart,M.,超音速氢-空气协同流动射流中燃烧的高分辨率数值模拟,Combust Flame,161,2647-2668,(2014)
[42] 穆拉,A。;Izard,J.-F.,超燃冲压发动机燃烧室模型中超音速非预混湍流燃烧的数值模拟,《推进动力杂志》,26,4,858-868,(2010)
[43] Oberkampf,W.L。;Roy,C.J.,《科学计算中的验证与确认》(2010),剑桥大学出版社·Zbl 1211.68499号
[44] 奥科奈尔,M。;Curran,H。;Simmie,J。;皮茨,W。;CK,W.,《氢氧化的综合模型研究》,《国际化学Kinet杂志》,36,603-622,(2004)
[45] Peskin,C.S.,心脏血流的数值分析,计算机物理杂志,25,3,220-252,(1977)·兹比尔0403.76100
[46] Pinelli,A。;纳卡维一世。;Piomelli,美国。;Favier,J.,通用有限差分和有限体积Navier-Stokes解算器的浸没边界方法,计算物理杂志,229,24,9073-9091,(2010)·Zbl 1427.76053号
[47] 拉贾尼,B。;Kandasamy,A。;Majumdar,S.,通过圆柱体的层流数值模拟,应用数学模型,33,31228-1247,(2009)·Zbl 1168.76305号
[48] 罗马,A.M。;Peskin,C.S。;Berger,M.J.,《浸没边界法的自适应版本》,《计算物理杂志》,153,2,509-534,(1999)·Zbl 0953.76069号
[49] Roshko,A.,《钝体的尾迹和拖曳》,《航空科学杂志》,22,2,124-132,(1955)·Zbl 0064.20102
[50] 罗利,C.W。;科隆纽斯,T。;Basu,A.J.,关于矩形空腔上二维可压缩流的自持振荡,流体力学杂志,455315-346,(2002)·Zbl 1147.76607号
[51] 萨贝尔尼科夫,V。;Fureby,C.,使用多相类比对高再燃火焰进行LES燃烧建模,Combust Flame,160,83-96,(2013)
[52] Sambasivan,S。;Udaykumar,H.,《强激波相互作用的Ghost流体方法第二部分:浸没固体边界》,AIAA J,47,12,2923-2937,(2009)
[53] Schardin,H.,《激波管中的高频电影摄影》,《摄影科学杂志》,第5期,第17-19页,(1957年)
[54] 席尔瓦,A。;E.利马。;Silveira-Neto,A。;Damasceno,J.,《使用浸没边界法对圆柱上二维流动的数值模拟》,《计算物理杂志》,189,2,351-370,(2003)·Zbl 1061.76046号
[55] Sivier,S。;Loth,E。;鲍姆·J。;Löhner,R.,激波衍射产生的涡度,激波,2,1,31-41,(1992)
[56] Techer,A。;穆勒,Y。;Lehnasch,G。;Mura,A.,超音速横流中燃料喷射的混合:亚脊尺度标量波动的估计,AIAA J,(2017)
[57] Tran,P.H。;Plourde,F.,《利用浸没边界法计算可压缩内部流动》,计算流体,97,21-30,(2014)·Zbl 1391.76498号
[58] 范戴克,M.,流体运动专辑,176,(1982),斯坦福抛物线出版社
[59] 王,Z。;Kannan,R.,移动边界流问题的重叠自适应笛卡尔/棱镜网格法,AIAA J,45,7,1774-1779,(2007)
[60] Whitham,G.B.,《线性和非线性波,纯数学和应用数学》,42,(2011),John Wiley&Sons
[61] Wieselsberger,C.,流体阻力定律的新数据,Physikalische Zeitschrift,22,312-328,(1921)
[62] 威廉姆森,C.H.,《圆柱尾迹中的旋涡动力学》,《流体力学年鉴》,第28期,第1477-539页,(1996年)
[63] Ye,T。;米塔尔·R。;Udaykumar,H。;Shyy,W.,《复杂浸没边界粘性不可压缩流动的精确笛卡尔网格法》,《计算物理杂志》,156,2,209-240,(1999)·Zbl 0957.76043号
[64] Zółtak,J。;Drikakis,D.,模拟圆柱上非定常激波衍射的混合迎风方法,计算方法应用机械工程,162,1165-185,(1998)·Zbl 0946.76068号
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