集成离散亚格子滤波器与离散化校正粒子强度交换法用于高雷诺数流动模拟
流体动力学
2024-08-13 v2
摘要
我们提出了一种用于亚格子尺度（SGS）模型的离散滤波器，并将其与离散化校正粒子强度交换（DC-PSE）方法相结合，用于模拟高雷诺数下的三维粘性不可压缩流动。大多数湍流模拟技术，特别是在复杂几何形状中，由于难以在非对称边界条件或弯曲域边界上实现三维卷积操作而面临巨大的计算挑战。在这项贡献中，我们使用泰勒展开来定义对应于卷积滤波器的微分算子，使得传递函数在波数中相当大的位移范围内保持非常接近 1，从而使该滤波器成为卷积滤波器的良好近似。我们评估了四阶和二阶形式的离散高斯滤波器，并考虑了不同的粒子间距与截断长度之比。滤波器的阶数和该比值的影响在本研究中得到了彻底的检验和详细的阐述。此外，我们采用 Brinkman 惩罚技术来隐式施加边界条件，从而无需修改数值方法或计算域即可对复杂几何形状周围的流动进行高效且精确的模拟。不可压缩流动由熵阻尼人工可压缩性方程控制，允许对不可压缩纳维-斯托克斯方程进行显式模拟。所提出方法的有效性通过几个基准问题得到了验证，包括各向同性湍流衰减以及围绕以正方形顺排配置排列的四个圆柱体的流动。这些测试案例证明了该方法在捕捉高雷诺数流动特有的复杂流动结构方面的准确性，突显了其在工业湍流模拟中的适用性。
引用
@article{arxiv.2404.10423,
title = {Integrating Discrete Sub-grid Filters with Discretization-Corrected Particle Strength Exchange Method for High Reynolds Number Flow Simulations},
author = {Anas Obeidat},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.10423},
year = {2024}
}