Turbulent Transport in Wall Turbulence

壁面湍流中的湍流传输

基本信息

项目摘要

The PI will undertake a computational study of scalar transport (e.g., contaminants or thermal energy) in wall turbulence and the influence of Prandtl (or Schmidt) number on near-wall and dispersion behavior. Central to this study will be the development of Direct Numerical Simulation (DNS) in conjunction with Langrangian Scalar Tracking (LST) for the generation of numerical data and the development of descriptive models. The program will incorporate advances in High Performance Computing to allow the detailed investigation of heat and mass transfer in turbulent flow for a variety of fluid systems. Central concerns are the prediction of the spatial variation of turbulent transport properties, the effect of molecular Prandtl number on turbulent transport and the effect of boundary conditions on the scalar property transport. The innovations of the present work are (a) the use of hydrodynamics generated by a Direct Numerical Simulation (DNS) to generate Lagrangian data for turbulent dispersion; (b) the development of plane Couette flow simulations for the study of transport in the constant stress region; and (c) the study of chemical reaction in turbulence in the Lagrangian framework. The results, if successful, will have impact on a variety of practical heat and mass transfer problems (heat exchange, mixing, reactor flows, turbine blade cooling, pollutant dispersion in the atmosphere). The work will also foster the application of HPC technology in ways that will make DNS more assessable and cost effective, and potentially will lead to the ability to study scalar transport in other important physical problems, such as transport in very small-scale flows. Specific plans have been laid out to introduce HPC to undergraduate students who will participate in the research at different stages of the work and through the introduction of HPC into the curriculum of Chemical Engineering at the University of Oklahoma.
PI将对壁湍流中的标量传输(例如污染物或热能)进行计算研究,以及Prandtl(或Schmidt)数量对近壁和分散行为的影响。 这项研究的核心将是与Langrangian标量跟踪(LST)共同开发直接数值模拟(DNS),以生成数值数据和描述模型的发展。 该计划将结合高性能计算的进步,以允许对各种流体系统的湍流中的热量和传质进行详细研究。 核心关注点是预测湍流传输特性的空间变化,分子prandtl数量对湍流传输的影响以及边界条件对标量性质传输的影响。 当前工作的创新是(a)直接数值模拟(DNS)产生的流体动力学来生成拉格朗日数据以进行湍流分散; (b)用于研究恒定应力区域运输的平面couette流量模拟的发展; (c)研究拉格朗日框架中湍流中化学反应的研究。结果,如果成功的话,将对各种实际的热量和传质问题产生影响(热交换,混合,反应堆流,涡轮刀片冷却,大气中的污染物分散体)。 这项工作还将以使DNS更加可评估和具有成本效益的方式来促进HPC技术的应用,并有可能导致在其他重要的物理问题中研究标量运输的能力,例如在非常小的流量中运输。 已经制定了具体计划,将HPC介绍给本科生,他们将在工作的不同阶段参加研究,并通过将HPC引入俄克拉荷马大学的化学工程课程。

项目成果

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