DNS-LES pore scale simulation of thermal multi-component, multi-phase flow including radiative heating

热多组分、多相流(包括辐射加热)的 DNS-LES 孔隙尺度模拟

基本信息

项目摘要

This subproject focuses on the investigation of several important issues in the context of modeling thermal multiphase, multicomponent flows including evaporation in porous media. One problem is the computation of mass, momentum and energy flux from a combined Direct Navier-Stokes and Large-Eddy-Simulation (DNS-LES) model at the interface of the pore-scale porous medium and the first decimeters of the atmospheric boundary layer to generate calibration data for larger scale Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) models developed in SP2. These simulations will be validated with wind tunnel data obtained in SP5. Another problem is related to the pore scale simulation of inertia effects (e.g. Hains jumps) to investigate pore scale transition lengths, front waiting times and front velocities for different processes (infiltration, imbibition, evaporation and drainage) to support the investigation of the applicability of the Richards equation conducted experimentally in SP5 for Hele-Shaw cells containing sintered glass beads or sand particles. In addition we will investigate solute concentration gradients for both stable and unstable interface motion scenarios. For these simulations we will develop a new kinetic free surface model avoiding the numerical discretization of the strong density gradients at the air-water interface which were difficult to resolve with previous Lattice-Boltzmann models. A large part of the simulations will be conducted on massively parallel General Purpose Graphics Processing Units (GPGPU) hardware to substantially reduce the computational efforts associated with three-dimensional transient computations with more than a billion degrees of freedom.
该子项目重点研究热多相、多组分流建模中的几个重要问题,包括多孔介质中的蒸发。一个问题是计算孔隙尺度多孔介质和第一分米大气边界层界面处的直接纳维-斯托克斯和大涡模拟 (DNS-LES) 组合模型的质量、动量和能量通量,以便为 SP2 中开发的更大规模雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 模型生成校准数据。这些模拟将使用 SP5 中获得的风洞数据进行验证。另一个问题与惯性效应(例如海恩斯跳跃)的孔隙尺度模拟有关,以研究不同过程(渗透、吸吸、蒸发和排水)的孔隙尺度转变长度、前端等待时间和前端速度,以支持在 SP5 中实验进行的 Richards 方程对含有烧结玻璃珠或砂粒的 Hele-Shaw 单元的适用性的研究。此外,我们将研究稳定和不稳定界面运动情况下的溶质浓度梯度。对于这些模拟,我们将开发一个新的动力学自由表面模型,避免空气-水界面处强密度梯度的数值离散,这很难用以前的格子-玻尔兹曼模型来解决。大部分模拟将在大规模并行通用图形处理单元 (GPGPU) 硬件上进行,以大幅减少与超过 10 亿自由度的三维瞬态计算相关的计算工作量。

项目成果

期刊论文数量(5)
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Intercomparison of 3D pore-scale flow and solute transport simulation methods
  • DOI:
    10.1016/j.advwatres.2015.09.015
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Xiaofan Yang;Y. Mehmani;W. Perkins;A. Pasquali;M. Schönherr;Kyungjoo Kim;M. Perego;M. Parks;Nathaniel Trask;M. Balhoff;M. Richmond;M. Geier;M. Krafczyk;Li-Shi Luo;A. Tartakovsky;Timothy Scheibe
  • 通讯作者:
    Xiaofan Yang;Y. Mehmani;W. Perkins;A. Pasquali;M. Schönherr;Kyungjoo Kim;M. Perego;M. Parks;Nathaniel Trask;M. Balhoff;M. Richmond;M. Geier;M. Krafczyk;Li-Shi Luo;A. Tartakovsky;Timothy Scheibe
DNS/LES Studies of Turbulent Flows Based on the Cumulant Lattice Boltzmann Approach
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  • DOI:
    10.1007/978-3-319-10810-0_34
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Krafczyk;K. Kucher;Y. Wang;M. Geier
  • 通讯作者:
    M. Geier
Efficient GPGPU implementation of a lattice Boltzmann model for multiphase flows with high density ratios
  • DOI:
    10.1016/j.compfluid.2014.01.004
  • 发表时间:
    2014-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Amir Banari;C. Janßen;S. Grilli;M. Krafczyk
  • 通讯作者:
    Amir Banari;C. Janßen;S. Grilli;M. Krafczyk
Extended lattice Boltzmann method for numerical simulation of thermal phase change in two-phase fluid flow.
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