DNS/LES Studies of Turbulent Flows Based on the Cumulant Lattice Boltzmann Approach
DNS/LES Studies of Turbulent Flows Based on the Cumulant Lattice Boltzmann Approach
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基于累积格子玻尔兹曼方法的湍流 DNS/LES 研究
DOI：
10.1007/978-3-319-10810-0_34
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
M. Geier
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Krafczyk;K. Kucher;Y. Wang;M. Geier
在许多工业和环境问题中，我们会遇到多孔表面上的湍流，这些湍流也会在不同程度上穿透多孔介质。尽管有大量关于这种现象的宏观模型的文献没有明确地考虑到孔隙尺度，但这些方法通常需要一些额外的传输系数来匹配实验获得的质量、动量和能量在这些界面上传输的统计数据。在这个项目中，我们对湍流进行直接纳维-斯托克斯（DNS）和大涡模拟（LES）计算，这些计算明确考虑了从计算机断层扫描成像中获得的特定孔隙尺度几何形状，而不使用任何明确的湍流建模。在项目的第一部分中，我们对两种典型的湍流进行了验证研究，即绕板流动和多孔通道流动。随后，我们将多孔砂湍流的模拟结果与实验结果进行了比较，并证明了我们方法的有效性。最后，我们讨论了我们的方法，以解决蒸发过程的孔隙尺度，这是基于时间尺度的分离。作为我们研究代码virtualfluid的一部分，新开发的累积晶格玻尔兹曼方案在并行化效率以及数值稳定性和精度方面表现出良好的行为。
In many industrial and environmental problems we encounter turbulent flows over porous surfaces which also penetrate the porous medium to different extents. Although there is a wealth of literature on macroscopic models of such phenomena which do not take the pore scale explicitly into account, these approaches typically require some additional transport coefficients to match experimentally obtained statistics for mass, momentum and energy transport across such interfaces. In this project we conduct Direct Navier-Stokes (DNS) and Large Eddy Simulation (LES) computations of turbulent flows which explicitly take into account specific pore scale geometries obtained from computer tomography imaging and do not use any explicit turbulence modeling. In this first part of the project we conducted validation studies for two canonical turbulent flows, i.e. flow around a plate and flow in a porous channel. Subsequently, we compare simulation results of turbulent flows over a porous sand and to experimental results and demonstrate the validity of our approach. Finally we discuss our approach to address evaporation processes on a pore scale which is based on a separation of time-scales. The newly developed cumulant Lattice Boltzmann scheme implemented as part of our research Code VirtualFluids shows a favorable behavior with respect to parallelization efficiency as well as to numerical stability and accuracy.
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影响因子：
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作者：
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