高雷诺数湍流风场大涡模拟的并行直接求解方法

发布时间：2021-11-14 16:39

　　在环境流体力学中,风场是风沙流、风雪流等自然环境特性问题研究的动力源和基础.通常采用壁湍流模型进行风场大涡模拟（large eddy simulation, LES）计算,但受到计算规模的限制使得高雷诺数风场的模拟计算难以实现.并行计算技术是解决大规模高雷诺数风场大涡模拟的关键技术之一.在不可压湍流风场的LES模拟中,压力泊松方程的并行计算技术是进行规模并行计算的困难点.根据风场流动模拟计算的特点,采用水平网格等距而垂直于地面网格非等距,在解决规模并行计算中求解压力泊松方程的难点问题时,利用FFT解耦三维泊松方程使其变为垂向的一维三对角方程,并利用可并行的三对角方程PDD求解技术,可建立三维泊松方程的直接并行求解技术.结合其它容易并行的动量方程计算,本文建立风场LES模拟的并行直接求解方法 （parallel direct method-LES, PDM-LES）.在超级计算机上对新方法进行并行效率测试,并行计算效率达到90%.新的方法可用于进行湍流风场大涡模拟的大规模并行计算.计算结果表明,湍流风场瞬时速度分布近壁面存在条带状的拟序结构,平均场的速度分布符合速度对数律特性,风场湍流特... 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

风沙流中的风场计算域示意图

图2给出了来流Re=10 000时三维瞬时速度分布.三维瞬时速度分布图中可以看到，湍流流动的速度分布存在明显的脉动特性.计算结果得出，在现有计算条件下Reτ≈4000.图3为不同高度xy平面的瞬时速度分布.图3(a)为近壁面平行于xy平面上的瞬时速度分布(z+=12)，可以看到壁湍流近壁面区域分布着众多的沿流动方向分布的低速条纹和高速条纹.图3(b)为离壁面距离略高的xy平面上的瞬时速度分布(z+=200)，仍然可以看到明显的条带状速度分布.随着高度的增加，条带状速度分布的尺度增大.这些条纹反映出壁面附近的流动存在沿流向方向的条带状拟序结构.瞬时速度条带状拟序结构是湍流流动的最主要流动特征，并且起到控制湍流流动特性的重要作用.

图3为不同高度xy平面的瞬时速度分布.图3(a)为近壁面平行于xy平面上的瞬时速度分布(z+=12)，可以看到壁湍流近壁面区域分布着众多的沿流动方向分布的低速条纹和高速条纹.图3(b)为离壁面距离略高的xy平面上的瞬时速度分布(z+=200)，仍然可以看到明显的条带状速度分布.随着高度的增加，条带状速度分布的尺度增大.这些条纹反映出壁面附近的流动存在沿流向方向的条带状拟序结构.瞬时速度条带状拟序结构是湍流流动的最主要流动特征，并且起到控制湍流流动特性的重要作用.图3 不同高度xy平面的瞬时速度分布

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3494983