非结构化网格大涡模拟求解器中高效无网格积分壁模型的实现与性能分析
数值分析
2023-07-13 v4 数值分析
流体动力学
摘要
本文将两种基于边界层微分方程积分形式且具有代数复杂度的分区壁模型，实现于非结构化网格格心式有限体积大涡模拟（LES）求解器中。第一种模型是 ODE 平衡壁模型的新颖实现，其中速度剖面在常数剪应力层假设下以积分形式表示，并使用谱求积法计算积分，从而得到局部的代数（无网格）公式。第二种模型紧随 Yang 等人（Phys. Fluids 27, 025112 (2015)）的积分壁模型，基于垂直积分的薄边界层偏微分方程，并在壁模型区域采用预设的复合速度剖面。本文识别了在非结构化网格环境中实现这些积分模型所特有的若干数值挑战，例如壁面与 LES 单元之间壁面物理量的交换以及表面梯度的计算，并提出了可能的解决方案。通过在先验和后验设置下与传统基于有限体积的 ODE 平衡壁模型进行比较，评估了这些壁模型的性能。结果表明，积分壁模型的计算成本相当，而谱实现方法的表现优于基于有限体积的方法。并行模拟中处理器间的负载不平衡似乎严重降低了基于有限体积的 ODE 壁模型的并行效率，而谱实现方法对这些影响表现出显著的鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2111.02542,
title = {Implementation and performance analysis of efficient grid-free integral wall models in unstructured-grid LES solvers},
author = {Imran Hayat and George Ilhwan Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.02542},
year = {2023}
}