Large-eddy simulation of high-speed vaporizing liquid-fuel spray using mixed gradient-type structural subgrid-scale model
Large-eddy simulation of high-speed vaporizing liquid-fuel spray using mixed gradient-type structural subgrid-scale model
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使用混合梯度型结构亚网格尺度模型对高速汽化液体燃料喷雾进行大涡模拟
DOI：
10.1080/00102202.2019.1673379
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发表时间：
2019-10
影响因子：
1.9
通讯作者：
Xiaobei Cheng
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shujing Shao;Hao Lu;Zhaowen Wang;Xiaobei Cheng
高速蒸发喷雾的大涡模拟（LES）的精度在很大程度上取决于亚网格尺度（SGS）模型的选择。本研究采用非线性SGS应力模型，模拟了一个著名的高速非反应蒸发液体燃料喷雾情况，喷雾A。使用非线性结构SGS模型的优点是，它可以提供从小尺度到大尺度的反向能量传递，因此，该模型在捕获湍流和喷雾之间的跨尺度相互作用方面可以比传统的涡粘性模型更准确。此外，所采用的梯度型方法是非常有效的计算。为了了解非线性LES框架的性能，本研究提出了全面的比较实验数据和使用Smagorinsky模型和次网格动能模型获得的结果。特别是，我们比较的一般结构的流量，液体和蒸汽的渗透，和质量分数的档案。使用非线性结构SGS应力模型的结果表明，关于捕获的流动结构的网格大小的依赖性最小。使用相同的网格分辨率，模拟场的统计表现出良好的协议与测量和显着的改善，基于其他两种类型的模型的模拟。结果支持的断言，建议的非线性LES框架可以准确地实现直接注入模拟合理的计算成本。
The accuracy of the large-eddy simulation (LES) of high-speed vaporizing sprays is highly dependent on the choice of subgrid-scale (SGS) models. This study adopts a nonlinear SGS stress model to simulate a well-known high-speed non-reacting vaporizing liquid-fuel spray case, Spray A. An advantage of using the nonlinear structural SGS model is that it can provide reverse energy transfer from small to large scales, and thus, the model can be more accurate than traditional eddy-viscosity models at capturing cross-scale interactions between turbulence and spray. Also, the adopted gradient-type approach is very computationally efficient. To understand the performance of the nonlinear LES framework, this study presents comprehensive comparisons against experimental data and results obtained using the Smagorinsky model and the sub-grid kinetic energy model. In particular, we compare the general structure of the flows, liquid and vapor penetrations, and mass fraction profiles. Results using the nonlinear structural SGS stress model show minimal dependence on the grid size regarding the capture of flow structures. Using the same mesh resolution, the statistics of the simulated field exhibit both good agreement with measurements and a significant improvement over simulations based on the other two types of models. Results support the assertion that the proposed nonlinear LES framework can accurately achieve direct injection simulations with reasonable computational costs.
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DOI：
--
发表时间：
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期刊：
Bulletin of the American Physical Society
影响因子：
--
作者：
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通讯作者：
Hao-Yuan Lu;C. Rutland;L. Smith