LES of a turbulent swirl flame using a mesh adaptive level-set method with dynamic load balancing
LES of a turbulent swirl flame using a mesh adaptive level-set method with dynamic load balancing
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使用具有动态负载平衡的网格自适应水平集方法对湍流旋流火焰进行 LES
DOI：
10.1016/j.compfluid.2021.104900
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发表时间：
2021
影响因子：
2.8
通讯作者：
W. Schröder
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Herff;A. Niemöller;M. Meinke;W. Schröder
采用有限体积大涡模拟（LES）方法，通过求解Navier-Stokes方程，对湍流贫油预混旋流火焰进行了数值模拟。一个组合的G-方程的进展变量的方法来模拟燃烧过程中使用的解决方案自适应水平集求解器。有限体积和水平集求解器被并行化并耦合在联合分层笛卡尔网格上，其中每个求解器可以单独使用和适应网格单元的子集。水平集求解器在靠近火焰前沿位置的带中局部地调整网格，以自动满足水平集解决方案的高精度要求。湍流旋流火焰的数值计算结果与实验结果吻合得很好。由于火焰形状在计算期间变化，与火焰相关联的单元的数量在各个子域之间移动，这改变了并行计算过程上的工作量分布。为了实现高并行效率，应用动态负载平衡方法，该方法使用基于测量的计算时间的估计单元权重来确定网格的新分区，从而在所有子域之间重新分配单元。在170，000个计算核心上对所研究的旋流火焰进行大规模模拟，证明了动态负载平衡方案减少负载不平衡的效率。也就是说，动态负载平衡方案将该模拟的计算时间减少了大约30%。
A turbulent lean premixed swirl flame is numerically investigated by solving the Navier–Stokes equations with a finite-volume large-eddy simulation (LES) method. A combined G-equation progress variable approach is applied to model the combustion process using a solution adaptive level-set solver. The finite-volume and the level-set solver are parallelized and coupled on a joint hierarchical Cartesian mesh, where each solver can individually use and adapt a subset of the mesh cells. The level-set solver adapts the mesh locally in a band close to the flame front location to automatically satisfy the high accuracy requirements of the level-set solution. The numerical results for the turbulent swirl flame are in excellent agreement with experimental findings. Since the flame shape varies during the computation, the number of cells associated with the flame shifts between the individual subdomains which changes the workload distribution on the parallel computing processes. To achieve a high parallel efficiency, a dynamic load balancing method is applied which determines a new partitioning of the grid using estimated cell weights based on measured computing times to redistribute the cells among all subdomains accordingly. The efficiency of the dynamic load balancing scheme to reduce load imbalances is demonstrated for a large-scale simulation of the investigated swirl flame on 170,000 compute cores. That is, the dynamic load balancing scheme reduces the computing time of this simulation by approximately 30%.
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