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Development of LES solver independent of combustion regimes by the conditional moment closure method

通过条件矩闭合法开发独立于燃烧状态的 LES 求解器

基本信息

批准号：
21K03889
负责人：
芳賀臣紀
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，空間の離散化に不連続有限要素法を用い，各計算セル内で近似次数を自在に変えることで乱流燃焼モデルの計算コストを大幅に低減することを目標としている．つまり，条件スカラーの次元を加えた４次元空間の高コストなモーメント計算は低次精度で近似し，３次元の流体計算は高次精度で近似をすることで，コストを低減する．流体計算を十分に高い次数（４次以上）で安定に計算できることが成功の鍵である．本年度は，燃焼流れにおける密度勾配が大きな界面を高次精度スキームで安定に計算するため，界面捕獲法として多項式リミッターと非多項式のTHINC法を導入した．多項式リミッターは堅牢性に優れ，密度比が数百倍の超臨界圧燃焼にも適用できるが，界面近傍で精度が大きく低下し，高次精度スキームの利点が失われることがわかった．他方，THINC法は高次精度スキームと組み合わせても解像度を維持できるが，高密度比の界面では十分な安定性が得られていないのが現状である．提案手法のもう一つの特長であるGPUによる高速化については，プログラムに指示行を付加するOpenACCを用いてポーティングを行った．燃焼ソルバーでよく用いられるループ内のサブルーチン呼び出しや化学種の小ループ及びその多重ループがボトルネックとなり，計算速度が大幅に遅くなるケースを確認した．この問題に対し，混合物の輸送係数など複雑なサブルーチンについてはテーブル参照型の回帰モデルを利用することでサブルーチンが簡略化され，速度遅延も解消される知見を得た．

In this study, the discrete space is used in the finite element method, and the approximate number of times in each calculation is greatly reduced. The condition is that the calculation of the high-order accuracy of the four-dimensional space is approximate, and the calculation of the high-order accuracy of the three-dimensional fluid is approximate, and the calculation of the high-order accuracy of the four-dimensional space is approximate. Fluid calculation is very high (more than 4 times), stable calculation is very successful. This year, the combustion flow density matching method was introduced into the high-order precision calculation of the stability of the interface. Polynomials have excellent robustness, density ratio is hundreds of times higher than supercritical pressure combustion, accuracy near the interface is lower, and high accuracy is higher than supercritical pressure combustion. In other words, THINC method has high precision, high density ratio, high stability and high resolution. The proposal is based on the GPU's high speed, high speed, and high speed. The calculation speed is greatly increased by the number of particles in the combustion system and the number of particles in the combustion system. For this problem, the transport coefficient of the mixture is simplified, and the velocity delay is obtained.