极端瑞利数下瑞利-贝纳德对流的大涡模拟
流体动力学
2024-06-12 v2 计算物理
摘要
我们采用拉伸螺旋涡亚格子模型对极端瑞利数下的湍流对流进行大涡模拟（LES）。我们模拟了瑞利数范围从 10⁶ 到 10¹⁵、普朗特数为 0.768 和 1 的瑞利-贝纳德对流（RBC）。我们选择尺寸为 1:1:10 的方盒以减少计算成本。我们的 LES 得出的努塞尔数和雷诺数与 Iyer 等人（Proc. Natl. Acad. Sci., vol 117 (14), 2020, pp. 7594-7598）的直接数值模拟（DNS）结果吻合良好，尽管使用了更小的网格尺寸且计算成本显著降低。例如，在 Ra = 10¹³ 的模拟中，我们使用的网格分辨率是 DNS（Iyer 等人，Proc. Natl. Acad. Sci., vol 117 (14), 2020, pp. 7594-7598）的 1/120。我们模拟中的雷诺数跨越 3 个数量级，从 1,000 到 1,700,000。与文献一致，我们得到努塞尔数和雷诺数的标度关系为 Nu ∼ Ra^{0.317} 和 Re ∼ Ra^{0.497}。我们还对具有周期性侧壁的 RBC 进行了 LES，得到相应的标度指数分别为 0.343 和 0.477。我们的 LES 是一种有前景的工具，可将热对流模拟推进到极端瑞利数，从而使我们能够检验向终极对流状态的转变。
引用
@article{arxiv.2204.03697,
title = {Large-eddy simulation of Rayleigh-B\'enard convection at extreme Rayleigh numbers},
author = {Roshan Samuel and Ravi Samtaney and Mahendra K. Verma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.03697},
year = {2024}
}
备注
37 pages, 15 figures