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热对流湍流的熵格子Boltzmann模拟。 (英语) Zbl 1410.76353号

总结:我们使用双种群熵多松弛格子Boltzmann模型对热对流湍流进行了全面研究。湍流状态下的格子Boltzmann模拟解决了规范非旋转和旋转Rayleigh-Bénard问题,从前者的高Rayleigh数对流到后者的地转湍流。在快速旋转的Rayleigh-Bénard区域中,特别注意评估格子Boltzmann方法作为粗网格模拟的替代方法。将Nusselt数标度和流动结构的结果与直接数值模拟和简化非静力准营养方程的预测进行了比较。研究发现,即使在Ekman层严重欠分辨率的情况下,目前的格子Boltzmann模型也能够定量地捕捉热对流湍流的各种状态。本研究表明,格子Boltzmann方法可以作为传统湍流建模方法的替代方法。

MSC公司:

76米28 粒子法和晶格气体法
76F35型 对流湍流
76兰特 自由对流
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Busse,F.H.,恒星对流区的差分旋转,天体物理学J,159,629,(1970)
[2] McKenzie,D.P。;罗伯茨,J.M。;Weiss,N.O.,《地幔中的对流:走向数值模拟》,《流体力学杂志》,62,03,465-538,(1974)·Zbl 0277.76087号
[3] Cardin,P。;Olson,P.,《快速旋转球壳中的混沌热对流:外核流动的后果》,《物理地球行星Inter》,82,3-4,235-259,(1994)
[4] Cattaneo,F。;Emonet,T。;Weiss,N.,关于对流与磁场之间的相互作用,天体物理学J,588,2,1183,(2003)
[5] Wyngaard,J.C.,《大气湍流》,《流体力学年鉴》,24,1,205-234,(1992)·Zbl 0743.76041号
[6] 哈特曼,D.L。;洛杉矶莫伊。;Fu,Q.,热带对流与大气顶部的能量平衡,《气候杂志》,14,2424495-4511,(2001)
[7] 马歇尔,J。;Schott,F.,《公海对流:观测、理论和模型》,地球物理评论,37,1,1-64,(1999)
[8] Thorpe,S.A.,Langmuir循环,《流体力学年鉴》,36,55-79,(2004)·Zbl 1076.76075号
[9] Ghorai,S。;Hill,N.A.,《渗透性趋光生物转化》,《物理流体》,17,7,074101,(2005)·Zbl 1187.76181号
[10] Kuznetsov,A.V.,由两种不同微生物引起的生物热对流,国际公共热质转换,38,5,548-553,(2011)
[11] 布伦特,A.D。;Voller,V.R。;Reid,K.T.J.,对流扩散相变建模的焓-孔隙度技术:在纯金属熔化中的应用,Numer Heat Trans Part a Appl,13,3277-318,(1988)
[12] Incorpera,F.P.,《电子设备冷却中的对流传热》,《传热杂志》,110,4b,1097-1111,(1988)
[13] 亨特·G·R。;林登,P.P.,《自然通风的流体力学?风力辅助浮标驱动流置换通风,Build Env,34,6,707-720,(1999)
[14] Chillá,F。;舒马赫,J.,《湍流Rayleigh-Bénard对流的新观点》,《欧洲物理杂志》,35,7,1-25,(2012)
[15] Siggia,E.D.,《高瑞利数对流》,《流体力学年鉴》,26,1,137-168,(1994)·Zbl 0800.76425号
[16] Ahlers,G。;格罗斯曼,S。;Lohse,D.,湍流Rayleigh-Bénard对流中的传热和大尺度动力学,《现代物理学评论》,81,2,503,(2009)
[17] 朱利安,K。;腿,S。;McWilliams,J。;Werne,J.,《快速旋转湍流Rayleigh-Bénard对流》,《流体力学杂志》,322243-273,(1996)·Zbl 1002.76564号
[18] Cheng,J.S。;Stellmach,S。;里贝罗,A。;格兰南,A。;金·E·M。;Aurnou,J.M.,《行星核内快速旋转对流的实验室数值模型》,《地球物理杂志》,201,1,1-17,(2015)
[19] Chandrasekhar,S.,《流体动力学和水磁稳定性》(1981),多佛,剑桥·Zbl 0142.44103号
[20] Drazin,P.G。;Reid,W.H.,《流体动力稳定性》(1981),剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 0449.76027号
[21] Getling,A.V.,非线性动力学高级系列中的结构和动力学11,(1998),世界科学出版公司,新泽西州River Edge·Zbl 0910.76001号
[22] Bodenschatz,E。;佩施,W。;Ahlers,G.,Rayleigh-Bénard对流的最新发展,《流体力学年鉴》,32,1,709-778,(2000)·Zbl 0988.76033号
[23] Pellew,A。;Southwell,R.V.,《关于从下方加热的流体中的持续对流运动》,《伦敦皇家学会学报:数学、物理和工程科学》,176,312-343,(1940),英国皇家学会
[24] Oberbeck,A.,Us ber die wärmeleitung der flüssigkeiten bei berücksichtigung der strömungen infolge von tempturdifferenzen,Ann Phys,第243、6、271-292页,(1879)
[25] Boussinesq,J.,《查勒分析:热力学与热动力学的和谐》,第2卷,(1903),高瑟·维拉斯
[26] Malkus,W.V.R.,《热湍流的热传输和光谱》,《伦敦皇家学会学报:数学、物理和工程科学》,225,196-212,(1954),英国皇家学会·兹比尔0058.20203
[27] Chillá,F。;Ciliberto,S。;英诺琴蒂,C。;Pampaloni,E.,湍流热对流中的边界层和标度特性,Il Nuovo Cimento D,15,9,1229-1249,(1993)
[28] Glazier,J.A。;Segawa,T。;Naert,A。;Sano,M.,《非常高瑞利数下超硬热湍流的证据》,《自然》,3986725307-310,(1999)
[29] Kraichnan,R.H.,任意普朗特数下的湍流热对流,《物理流体》,5,11,1374-1389,(1962)·Zbl 0116.42803号
[30] Shraiman,B.I。;Siggia,E.D.,高Rayleigh数对流中的热传输,《物理学评论A》,42,6,3650,(1990)
[31] 格罗斯曼,S。;Lohse,D.,《热对流中的尺度:统一理论》,《流体力学杂志》,407,27-56,(2000)·Zbl 0972.76045号
[32] 格罗斯曼,S。;Lohse,D.,《热对流最终状态下的多重标度》,《物理流体》,23,4,045108,(2011)
[33] Y.中川。;Frenzen,P.,旋转流体中细胞对流的理论和实验研究,Tellus,7,1,1-21,(1955)
[34] 金·E·M。;Aurnou,J.M.,湍流旋转Rayleigh-Bénard对流中Taylor柱的热证据,物理评论E,85,1,016313,(2012)
[35] 尼梅拉·J·J。;斯科贝克,L。;Sreenivasan,K.R。;唐纳利,R.J.,《极高瑞利数下的湍流对流》,《自然》,404,6780,837-840,(2000)
[36] 伯尼舍夫,Y。;Segre,E。;Steinberg,V.,《强对称非Oberbeck-Boussineq湍流对流和可压缩性的作用》,《物理流体》,22,3,035108,(2010)·Zbl 1188.76021号
[37] 城市,P。;穆西洛娃,V。;Skrbek,L.,湍流Rayleigh-Bénard对流中的传热效率,《物理评论-莱特》,107,1,014302,(2011)
[38] 何,X。;Funfscrilling,D。;Nobach,H。;Bodenschatz,E。;Ahlers,G.,《向湍流Rayleigh-Bénard对流的最终状态过渡》,《物理评论-莱特》,108,2,024502,(2012)
[39] 史蒂文斯,R.J.A.M。;Lohse,D。;Verzicco,R.,Prandtl和Rayleigh数对高瑞利数热对流传热的依赖性,《流体力学杂志》,688,31-43,(2011)·Zbl 1241.76357号
[40] Kunnen,R.P.J。;Ostilla-Mnico,R。;范德波尔,E.P。;Verzicco,R。;Lohse,D.,过渡到地转对流:边界条件的作用,《流体力学杂志》,799,413-432,(2016)·Zbl 1460.76438号
[41] 普卢姆利,M。;朱利安,K。;马蒂,P。;Stellmach,S.,《埃克曼抽水对准营养Rayleigh-Bénard对流的影响》,《流体力学杂志》,80351-71,(2016)·兹比尔1462.76172
[42] 史蒂文斯,R.J.A.M。;克莱克斯,H.J.H。;Lohse,D.,旋转Rayleigh-Bénard对流中的热传输和流动结构,欧洲机械与流体杂志,40,41-49,(2013)·Zbl 1408.76286号
[43] Kunnen,R.P.J。;Geurts,B.J。;Clercx,H.J.H.,旋转Rayleigh-Bénard对流中的湍流统计和能量预算,欧洲机械与流体杂志,28578-589,(2009)·Zbl 1167.76334号
[44] Kunnen,R.P.J。;克莱克斯,H.J.H。;Geurts,B.J.,旋转对流中涡流局部化的热流密度增强,《物理评论E》,74056306,(2006)
[45] Kunnen,R.P.J。;Geurts,B.J。;Clercx,H.J.H.,旋转圆柱体中湍流对流的实验和数值研究,《流体力学杂志》,642445-476,(2010)·Zbl 1183.76763号
[46] Stellmach,S。;Lischper,M。;朱利安,K。;瓦西尔,G。;Cheng,J.S。;Ribeiro,A.,《接近快速旋转对流的渐近状态:边界层与内部动力学》,Phys Rev Lett,113,25,254501,(2014)
[47] Aurnou,J.M。;Calkins,医学硕士。;Cheng,J.S。;朱利安,K。;金·E·M。;Nieves,D.,《地球和行星核心中的旋转对流湍流》,《地球物理-行星间》,24652-71,(2015)
[48] Eidson,T.M.,使用子网格建模对湍流Rayleigh-Bénard问题进行数值模拟,《流体力学杂志》,158,245-268,(1985)·兹比尔0577.76049
[49] Kimmel,S.J。;Domaradzki,A.J.,使用亚网格尺度估计模型对Rayleigh-Bénard对流进行大涡模拟,《物理流体》,12,1,169-184,(2000)·Zbl 1149.76435号
[50] 彭,S.-H。;Hanjalic,K。;Davidson,L.,Rayleigh-Bénard对流到ra=10^{9}的大涡模拟和推导标度分析,J Turbul,7,N66,(2006)
[51] 肯杰里什,S。;Hanjalić,K.,用RANS模型对Rayleigh-Bénard对流的瞬态分析,国际热流杂志,20,3,329-340,(1999)
[52] 肯杰里什,S。;Hanjalić,K.,超湍流热对流流动结构的数值分析,物理评论E,66,3,036307,(2002)
[53] 朱利安,K。;Knobloch,E。;Werne,J.,旋转约束流的一类新方程,Theor Comput Fluid Dyn,11,3-4251-261,(1998)·Zbl 0923.76338号
[54] 斯普拉格,M。;朱利安,K。;Knobloch,E。;Werne,J.,旋转约束对流渐近简化系统的数值模拟,流体力学杂志,551,141-174,(2006)·Zbl 1119.76057号
[55] 朱利安,K。;Aurnou,J.M。;Calkins,医学硕士。;Knobloch,E。;马蒂,P。;Stellmach,S.,《旋转约束对流的Ekman泵送非线性模型》,《流体力学杂志》,798,50-87,(2016)·兹比尔1422.76165
[56] Succi,S.,《晶格玻尔兹曼方程:流体动力学及其以外》,(2001),牛津大学出版社·Zbl 0990.76001号
[57] Krüger,T。;Kusumaatmaja,H。;库兹明,A。;沙尔特,O。;席尔瓦,G。;Viggen,E.,格子Boltzmann方法。原则与实践,(2017),施普林格·Zbl 1362.76001号
[58] 多施纳,B。;Bösch,F。;Chikatamarla,S.S。;K.布卢乔斯。;Karlin,I.V.,复杂流动的熵多松弛时间格子Boltzmann模型,流体力学杂志,801,623-651,(2016)·Zbl 1462.76136号
[59] 多施纳,B。;Chikatamarla,S.S。;Karlin,I.V.,《用熵格子Boltzmann方法的过渡流》,《流体力学杂志》,824388-412,(2017)
[60] Mazlumi Moqaddam,A。;Chikatamarla,S.S。;Karlin,I.V.,从宏观纹理超疏水表面反弹的水滴,《流体力学杂志》,824866-885,(2017)
[61] 弗拉波利,N。;Chikatamarla,S.S。;Karlin,I.V.,可压缩流动的熵格子Boltzmann模型,Phys Rev E,92,6,061301,(2015)
[62] 弗林特,C。;Vahala,G.,格子Boltzmann磁流体动力学的部分熵稳定,Phys Rev E,97,013302,(2018)
[63] 何,X。;陈,S。;Doolen,G.D.,《不可压缩极限下格子Boltzmann方法的新型热模型》,《计算物理杂志》,146,1,282-300,(1998)·Zbl 0919.76068号
[64] 郭,Z。;郑,C。;Shi,B。;Zhao,T.S.,低马赫数流动的热晶格Boltzmann方程:解耦模型,Phys Rev E,75,3,036704,(2007)
[65] 卡林,I.V。;Sichau,D。;Chikatamarla,S.S.,热流的一致双种群格子Boltzmann模型,Phys Rev E,88,6,063310,(2013)
[66] Pareschi,G。;弗拉波利,N。;Chikatamarla,S.S。;Karlin,I.V.,用熵格子Boltzmann方法进行共轭传热,Phys Rev E,94,1,013305,(2016)
[67] Shan,X.W.,使用晶格玻尔兹曼方法模拟Rayleigh-Bénard对流,Phys Rev E,55,32780,(1997)
[68] Barrios,G。;雷希特曼,R。;罗哈斯,J。;Tovar,R.,《部分加热壁二维空腔中自然对流的格子Boltzmann方程》,《流体力学杂志》,52291-100,(2005)·Zbl 1065.76163号
[69] 高,P.-H。;Yang,R.-J.,使用格子Boltzmann方法模拟Rayleigh-Bénard对流中的振荡流动,国际J热质转换,50,17,3315-3328,(2007)·Zbl 1119.76048号
[70] 里佩西,P。;二倍体,L。;斯布拉加利亚,M。;Wirth,A.,《混合绝缘和导电边界条件下的自然对流:低和高Rayleigh数状态》,《流体力学杂志》,742,636-663,(2014)
[71] 魏毅。;王,Z。;杨,J。;窦,H.-S。;Qian,Y.-H.,湍流的简单格子Boltzmann模型Rayleigh-Bénard热对流,Comput Fluids,118167-171,(2015)·Zbl 1390.76780号
[72] Lohse,D。;Toschi,F.,《热对流的极限状态》,《物理评论》,90,034502,(2003)
[73] Benzi,R。;托斯基,F。;Tripiccione,R.,《关于Rayleigh-Bénard系统中的传热》,《统计物理学杂志》,93,901-918,(1998)·Zbl 0940.76023号
[74] Calzavarini,E。;托斯基,F。;Tripiccione,R.,三维Rayleigh-Bénard对流中Bolgiano-obhukhov标度的证据,物理评论E,66,016304,(2002)
[75] 二倍体,L。;Calzavarini,E。;托斯基,F。;Tripiccione,R.,湍流数值模拟中各向异性波动的普遍性,Europhys Lett,64,461-467,(2003)
[76] Scagliarini,A。;Gylfason,A。;Toschi,F.,具有外加纵向风的湍流Rayleigh-Bénard对流中的热流标度,Phys Rev E,89,043012,(2014)
[77] 克莱克斯,H.J.H。;拉维佐,V。;Toschi,F.,湍流Rayleigh-Bénard对流中的直接数值模拟和拉格朗日粒子跟踪,直接和大涡模拟VIII,365-370,(2011),Springer
[78] 二倍体,L。;Perlekar,P。;斯布拉加利亚,M。;Toschi,F.,《使用格子Boltzmann方法的多相流体流动中的对流》,《物理评论-莱特》,108,10,104502,(2012)
[79] 卡林,I.V。;Bösch,F。;Chikatamarla,S.S.,流体动力学晶格动力学理论的吉布斯原理,《物理评论E》,90,3,031302,(2014)
[80] 托格尼,R。;Cimarelli,A。;De Angelis,E.,《Rayleigh-Bénard对流的物理和尺度分析》,《流体力学杂志》,782,380-404,(2015)·Zbl 1381.76329号
[81] 卡林,I.V。;费兰特,A。;奥廷格,H.C.,格子Boltzmann方法的完美熵函数,Europhys Lett,47,2,182,(1999)
[82] Shakhov,E.M.,Krook动力学松弛方程的推广,流体动力学,395-96,(1968)
[83] Levermore,D.,动力学理论的矩闭合层次,《统计物理学杂志》,83,1021-1065,(1996)·Zbl 1081.82619号
[84] Gorban,A.N。;Karlin,I.V.,构建玻尔兹曼方程模型的一般方法,《物理学A》,206,401-420,(1994)
[85] Ansumali,S。;阿西迪亚科诺,S。;Chikatamarla,S.S.公司。;新泽西州Prasianakis。;Gorban,A.N。;Karlin,I.V.,准平衡晶格玻尔兹曼方法,Eur Phys J B,56,2135-139,(2007)
[86] Bösch,F。;Chikatamarla,S.S。;Karlin,I.V.,湍流的熵多松弛格子Boltzmann模型,Phys Rev E,92,043309,(2015)
[87] 多施纳,B。;弗拉波利,N。;Chikatamarla,S.S。;Karlin,I.V.,熵晶格Boltzmann模型的网格重构,Phys-Rev E,94,5,053311,(2016)
[88] Kupershtokh,A.L.,将体力项纳入晶格Boltzmann方程的新方法,第五届国际EHD研讨会论文集,法国普瓦捷大学,241-246,(2004)
[89] Kerr,R.M.,数值对流中的瑞利数标度,流体力学杂志,310139-179,(1996)·Zbl 0875.76584号
[90] Grötzbach,G.,Rayleigh-Bénard对流直接数值模拟的空间分辨率要求,计算物理杂志,49,2,241-264,(1983)·Zbl 0503.76070号
[91] 尼梅拉·J·J。;斯科贝克,L。;Sreenivasan,K.R。;唐纳利,R.J.,《受限热对流中的风》,《流体力学杂志》,449,169-178,(2001)·Zbl 0988.76502号
[92] Verzicco,R。;Camussi,R.,细长圆柱形细胞内强湍流热对流的数值实验,流体力学杂志,477,19-49,(2003)·Zbl 1063.76572号
[93] Gayen,B。;G.O.休斯。;Griffiths,R.W.,《完成湍流Rayleigh-Bénard对流中的机械能路径》,《物理评论-莱特》,111,12,124301,(2013)
[94] Rossby,H.T.,《带旋转和不带旋转的贝纳德对流研究》,《流体力学杂志》,36,02,309-335,(1969)
[95] Heard,W.B。;Veronis,G.,具有刚性边界的旋转流体层稳定性的渐近处理,Geophys fluid Dyn,2299-316,(1971)
[96] Nieves,D。;鲁比奥,A.M。;Julien,K.,快速旋转Rayleigh-Bénard对流中流动形态的统计分类,《物理流体》,26,8,086602,(2014)·Zbl 1323.76108号
[97] Veronis,G.,旋转流体中有限振幅的细胞对流,流体力学杂志,5,03,401-435,(1959)·Zbl 0086.40701号
[98] Favier,B。;西尔弗斯,L.J。;Proctor,M.R.E.,《快速旋转Boussinesq对流中的反向级联和对称破缺》,《物理流体》,26,9,096605,(2014)·Zbl 1323.76106号
[99] 卢比奥,A.M。;朱利安,K。;Knobloch,E。;Weiss,J.B.,三维快速旋转湍流对流中的超尺度能量转移,Phys Rev Lett,112,14144501,(2014)
[100] Chertkov,M。;康诺顿,C。;科洛科洛夫,I。;Lebedev,V.,《二维湍流中能量凝结动力学》,《物理评论-莱特》,99,8,084501,(2007)
[101] 史密斯,L.M。;Waleff,F.,《受迫旋转三维湍流中能量向二维大尺度的传递》,《物理流体》,11,6,1608-1622,(1999)·Zbl 1147.76500号
[102] 史密斯,L.M。;Waleffe,F.,强迫旋转分层湍流中慢大尺度的产生,流体力学杂志,451145-168,(2002)·Zbl 1009.76040号
[103] Chikatamarla,S.S。;Frouzakis,C.E。;卡林,I.V。;Tomboulides,A.G。;Boulouchos,K.B.,湍流直接数值模拟的格子Boltzmann方法,《流体力学杂志》,656298-308,(2010)·Zbl 1197.76066号
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