一种用于通过尺度解析模拟评估剪切驱动室内气流与病毒传播的GPU加速计算流体动力学求解器
流体动力学
2022-04-06 v1
摘要
我们探索了MATLAB在剪切驱动室内气流三维计算流体动力学(CFD)中的适用性。提出了一种名为DNSLABIB的、利用图形处理单元(GPUs)的MATLAB新型尺度解析大涡模拟(LES)求解器。该求解器首先针对另一CFD软件(OpenFOAM)进行了验证。接着,我们在三种等温室内通风配置中展示了求解器性能,并围绕COVID-19空气传播背景讨论了结果。这些案例中的通风在低(0.1 m/s)和高(1 m/s)气流速率下研究,分别对应和。当房间排空污浊、高CO含量空气时,对室内CO浓度进行了分析。我们估算了三种不同房间几何形状的每小时换气次数(ACH)值,并表明基于完全混合假设的理论ACH值相比,3D CFD模拟的数值估算可能偏差80-150%()和75-140%()。此外,CO概率分布(PDFs)的分析表明室内新鲜空气分布相对不均匀。最后,利用随时间变化的Wells-Riley分析,给出了一个累积感染风险在通风启动后迅速降低的示例。平均感染风险在较低通风速率(ACH=3.4-6.3)下降低2倍,在较高通风速率(ACH=37-64)下降低10倍。结果表明DNSLABIB在未来气流预测各种发展中具有高潜力。
引用
@article{arxiv.2204.02107,
title = {A GPU-accelerated computational fluid dynamics solver for assessing shear-driven indoor airflow and virus transmission by scale-resolved simulations},
author = {M. Korhonen and A. Laitinen and G. E. Isitman and J. L. Jimenez and V. Vuorinen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.02107},
year = {2022}
}
备注
31 pages, 15 figures