收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

气固两相剪切流动大规模并行直接数值模拟研究

李德波  
【摘要】:随着大规模并行计算机硬件和软件技术的发展,为两相流动的直接数值模拟研究提供了新的平台。为了深入研究两相流动的国际性难题,比如湍流调制,优先聚集,颗粒与流体之间的质量、动量耦合等,本文进行了两相流动并行算法的基础理论研究。预计在不久的将来,随着并行计算技术的不断发展,必然会产生更加精细的两相流动的计算方法,得到的颗粒与流体作用的内在的信息更加细致,也必将大量的依赖于大规模的并行计算机,因此开展大规模颗粒并行算法显得尤为重要。 开展两相流动并行计算需要解决的关键问题是颗粒的并行算法。本文成功实现了欧拉-拉格朗日下大量颗粒的并行直接数值模拟算法。解决了颗粒穿越计算区域边界的MPI信息传递过程,并行环境下颗粒与流体之间的双向耦合,颗粒与颗粒之间碰撞并行算法。在没有采用计算颗粒概念前提下,模拟到最多颗粒数为2000万。通过并行效率比较和模拟结果与试验严格对比验证,表明研发的两相流动的并行直接数值模拟程序是可信的。 在吸收国际上特征无反射边界条件最新研究成果的基础上,发展了三维可压缩流动中的特征无反射边界条件,给出了详细的数学推导过程以及计算区域边、面和交点的具体实现方法。通过反复的可压缩流动数值试验,以及在上海超算中心进行的5亿网格的单相圆孔射流并行数值模拟,证明三维特征无反射边界条件的处理是合理的,研发的可压缩流动并行数值模拟程序是可信的。 在三维两相流动并行直接数值模拟计算程序基础上,详细进行了两相圆孔射流颗粒扩散以及湍流调制的研究。从理论上证明了本文的两相直接数值模拟严格满足了点力方法(point force method)的要求,是真正意义上的两相流直接数值模拟。数值模拟的结果与试验进行了参数完全一样的对比验证。系统研究了两相流中不同颗粒对涡结构和湍流统计量的调制作用,提供了非常有价值的湍流调制的信息,弥补了试验中小尺度涡结构湍流调制测量的困难。 在三维单相流动并行直接数值模拟程序基础上,开展了圆孔射流的研究。主要研究射流的卷吸,湍流统计量迁移的规律,湍动能输运方程和雷诺应力输运方程中能量转移过程。实现了5亿网格的圆孔射流直接数值模拟,得到了圆孔射流从近场到完全自相似区发展的统计数据,包括涡结构和湍流统计量演化的空间和时间信息,为深入认识圆孔射流发展的内在规律提供了重要的手段。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 马良栋;李增耀;陶文铨;;高精度有限差分在湍流直接数值模拟中的应用[J];工程热物理学报;2007年05期
2 李德波;樊建人;易富兴;卢树强;岑可法;;可压缩颗粒圆孔射流并行直接数值模拟算法研究[J];工程热物理学报;2011年08期
3 陈斌,T.Kawamura,Y.Kodama;静止水中单个上升气泡的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2005年06期
4 陈丽华;邵雪明;樊建人;;颗粒沉降运动的虚拟区域法直接数值模拟[J];工程热物理学报;2006年03期
5 李宁;罗纪生;;二维不可压缩平板边界层的紧致有限差分法[J];水动力学研究与进展A辑;2007年02期
6 董明;周恒;;BL模式在超声速湍流边界层中应用的检验[J];空气动力学学报;2009年01期
7 张劲柏;郑昭虎;;聚合物槽道湍流的直接数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2009年12期
8 刘汉涛;常建忠;安康;苏铁熊;;热对流条件下双颗粒沉降的直接数值模拟[J];物理学报;2010年03期
9 姚军,嵇峰,刘兰,樊建人,岑可法;圆柱尾迹中颗粒运动的直接数值模拟研究[J];自然科学进展;2003年06期
10 王明皓,符松,章光华;竖直平板间自然对流的湍流频谱特性[J];力学与实践;2004年01期
11 刘亚明,柳朝晖,贺铸,郑楚光;均匀各向同性湍流中标量耗散的动力学特性[J];自然科学进展;2005年06期
12 陈林;唐登斌;;平面COUETTE流动的湍流斑研究(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2007年03期
13 闫洁;樊建人;岑可法;;三维射流中颗粒与流体的双向耦合作用[J];工程热物理学报;2009年06期
14 王焕然;李彦鹏;杨栋;席光;;黏性液体中单个气泡上升的形状特性[J];工程热物理学报;2009年09期
15 陈林;唐登斌;刘超群;;转捩边界层中次生流向涡演化的数值研究[J];应用数学和力学;2011年04期
16 柳朝晖;贺铸;李瑞霞;郑楚光;;各向同性湍流中颗粒引起湍流变动的直接模拟[J];工程热物理学报;2006年S1期
17 邱剑;顾兆林;;利用高阶分区并行算法实现直接数值模拟[J];计算力学学报;2008年01期
18 李新亮;傅德薰;马延文;;可压缩尖锥边界层湍流的直接数值模拟[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2008年01期
19 李建华;王强;;高超声速边界层感受性问题高精度数值模拟[J];空气动力学学报;2008年04期
20 高慧;;可压缩效应对平板湍流边界层影响的直接数值模拟[J];中国石油大学学报(自然科学版);2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐立;;可压缩流体二维R-T不稳定性的直接数值模拟[A];中国空气动力学学会物理气体动力学专业委员会第十一届学术交流会会议论文集[C];2003年
2 王健;许明;陈飞国;葛蔚;李静海;;单相流动直接数值模拟在GPU上的实现[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
3 邵雪明;余钊圣;;带热传递粒子流的直接数值模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
4 李新亮;傅德薰;马延文;;含被动标量场的可压衰减湍流的直接数值模拟及分析[A];2003空气动力学前沿研究论文集[C];2003年
5 邵雪明;林建忠;余钊圣;;鱼类波动推进的直接数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
6 由长福;仇轶;祁海鹰;徐旭常;;多颗粒系统的无网格法直接数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
7 樊建人;郑友取;岑可法;;气固多相流动的直接数值模拟(DNS)[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
8 张劲柏;何国威;;聚合物槽道湍流的直接数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
9 郭双喜;李万平;;三维槽道流模拟的一种混合谱模拟方法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
10 汪利;陆夕云;;可压缩湍流边界层拟序结构的数值研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李德波;气固两相剪切流动大规模并行直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年
2 顾卫国;表面活性剂减阻流体减阻机理的实验与直接数值模拟研究[D];上海交通大学;2010年
3 陈鑫蔚;三维气固两相混合层中相间耦合作用的直接数值模拟[D];浙江大学;2012年
4 周哲;存在半球粗糙元的发展平板边界层流动中的颗粒输运的直接数值模拟研究[D];浙江大学;2010年
5 吕红;方形颗粒两相流的直接数值模拟[D];重庆大学;2011年
6 陈健;空间发展光滑圆管流动转捩的直接数值模拟[D];清华大学;2002年
7 罗坤;气固两相自由剪切流动的直接数值模拟和实验研究[D];浙江大学;2005年
8 夏钧;气固两相平面湍流射流的直接数值模拟[D];浙江大学;2002年
9 刘红娟;基于格子Boltzmann方法的撞击流的数值研究[D];华中科技大学;2007年
10 施杨;基于FD/SI方法的颗粒悬浮流直接数值模拟研究[D];浙江大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁步平;浮力反应羽流三维直接数值模拟[D];中国科学技术大学;2011年
2 王宇;颗粒悬浮湍槽流的双重直接数值模拟研究[D];浙江大学;2012年
3 吴腾虎;管道内颗粒悬浮流中大颗粒和湍流相互作用的直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年
4 邹丽;火灾羽流直接数值模拟[D];中国科学技术大学;2010年
5 戴瑞;粗糙元对边界层影响的数值模拟研究[D];浙江大学;2012年
6 张征宇;FENE链运动的直接数值模拟[D];浙江大学;2005年
7 苏彩虹;嵌边法出流条件在可压缩流直接数值模拟中的应用[D];天津大学;2005年
8 吕钰;燃烧化学机理简化及甲烷湍射流火焰的直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年
9 刘亚明;均匀各向同性湍流内被动标量动力学特性的直接数值模拟研究[D];华中科技大学;2005年
10 伍敏伟;圆管湍流的数值研究[D];清华大学;2002年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 本报记者 吴长锋;攥紧降伏火龙的铁拳[N];科技日报;2005年
2 蒲国永 周建君 本报记者 晏燕;从大山深处迈向科技颠峰[N];科技日报;2004年
3 ;凌国灿——旋涡流动与尾迹演化复杂性的探索者[N];科技日报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978