Towards systematic grid selection in LES: Identifying the optimal spatial resolution by minimizing the solution sensitivity
Towards systematic grid selection in LES: Identifying the optimal spatial resolution by minimizing the solution sensitivity
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LES 中的系统网格选择：通过最小化解灵敏度来确定最佳空间分辨率
DOI：
10.1016/j.compfluid.2020.104488
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发表时间：
2020
影响因子：
2.8
通讯作者：
Larsson, Johan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Toosi, Siavash;Larsson, Johan
提出了一种方法，找到一个接近最佳的计算网格，或更一般地说，过滤器的宽度分布的大涡模拟和评估。其核心思想是，LES的最佳分辨率（或粗粒度长度尺度，或滤波器宽度，或网格间距）是LES解决方案足够准确并对分辨率表现出最小敏感性的粗粒度分辨率。这个想法是制定基于误差指标，测量的依赖性的解决方案的网格/过滤器作为剩余项的控制方程和一个标准，确定该误差指标应如何在空间和方向上变化，以最大限度地减少整体灵敏度的解决方案。错误指示符的最终定义变得非常类似于Germano恒等式中错误的发散，其推导为动态过程的成功提供了另一种解释。此外，网格/滤波器宽度自适应的优化问题的解决方案是，单元积分误差指标应该是均匀分布的;一个推论是，人们不能将LES的准确性与非单元积分的量联系起来，包括通常认为LES在80-90%的能量被解决时是准确的。完整的方法进行了测试壁解析LES的湍流通道流和流后向的步骤，最终的长度尺度字段（或过滤器的宽度字段，或网格），接近什么被认为是“最佳实践”在LES文献。
A method for finding a nearly optimal computational grid or, more generally, filter-width distribution for a large eddy simulation is proposed and assessed. The core idea is that the optimal resolution (or coarse-graining length scale, or filter-width, or grid spacing) for LES is the coarsest resolution for which the LES solution is sufficiently accurate and exhibits minimal sensitivity to the resolution. This idea is formulated based on an error indicator that measures the dependence of the solution on the grid/filter as a residual term in the governing equation and a criterion that determines how that error indicator should vary in space and direction to minimize the overall sensitivity of the solution. The final definition of the error indicator becomes very similar to the divergence of the error in the Germano identity, with its derivation offering an alternative explanation for the success of the dynamic procedure. Furthermore, the solution to the optimization problem of grid/filter-width adaptation is that the cell-integrated error indicator should be equi-distributed; a corollary is that one cannot link the accuracy in LES to quantities that are not cell-integrated, including the common belief that LES is accurate whenever 80-90% of the energy is resolved. The full method is tested on wall-resolved LES of turbulent channel flow and the flow over a backward-facing step, with final length scale fields (or filter-width fields, or grids) that are close to what is considered “best practice” in the LES literature.
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