基于并行计算的高阶气体动理学格式用于湍流直接数值模拟
计算物理
2020-05-19 v1 流体动力学
摘要
高阶气体动理学格式（HGKS）在可压缩各向同性湍流直至超音速区的直接数值模拟（DNS）中的性能已得到研究。由于多尺度特性与时空耦合演化过程，HGKS为可压缩湍流数值模拟提供了有效工具。基于区域分解与消息传递接口（MPI），本文开发了并行HGKS程序以用于大规模计算。从近不可压缩流到超音速流的标准算例，包括Taylor-Green涡问题、湍流槽道流与可压缩各向同性湍流，被用于验证并行实现的可扩展性、效率、精度与鲁棒性。HGKS对近不可压缩湍流的性能可与高阶有限差分格式相比，包括流场结构分辨率与计算效率。基于数值解的精度，定量评估了该格式在湍流模拟中的数值耗散。作为一种介观方法，由于其高阶精度，HGKS表现优于格子 Boltzmann 方法（LBM）与离散统一气体动理学格式（DUGKS）。同时，基于动力学公式，HGKS在超音速湍流模拟中凭借其精度与鲁棒性展现出优势。当前工作展示了HGKS作为从低速到超音速湍流研究的强有力DNS工具的能力，这在有限体积格式框架下鲜有报道。
引用
@article{arxiv.2005.08736,
title = {High-order gas-kinetic scheme with parallel computation for direct numerical simulation of turbulent flows},
author = {Guiyu Cao and Liang Pan and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.08736},
year = {2020}
}
备注
High-order gas-kinetic scheme, direct numerical simulation of turbulence, parallel computation. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1905.03007; text overlap with arXiv:1911.10966 by other authors