使用谱元方法和有限体积方法对大气边界层涡流建模
计算工程、金融与科学
2024-10-02 v1
摘要
我们提出了用于大气边界层涡流模拟（LES）的建模方法，directly relevant to wind energy production。本文使用支持于 DOE Exascale Computing Project（ECP）Center for Efficient Exascale Discretizations（CEED）和 ExaWind 项目的高阶谱元代码 Nek5000/RS，以及块结构二阶有限体积代码 AMR-Wind，在various acceleration-device based exascale computing平台上进行应用仿真。针对 Nek5000/RS，我们演示了基于均值场涡动力学（MFEV）、高通滤波（HPF）和 Smagorinsky（SMG）的新开发次网格尺度（SGS）模型，并采用 traction 边界条件。对于 traction 边界条件，提出了一种新颖的解析方法，用于求解表面摩擦速度和表面动力学温度通量。对于 AMR-Wind，使用标准 SMG，并详细讨论了 traction 边界条件的收敛性。我们提供低阶统计、收敛性和湍流结构分析。对两种代码在various分辨率下的验证和收敛性研究表明，Nek5000/RS 对所有 ABL bulk 参数（包括边界层和低层喷气（LLJ）高度）均表现出收敛性。广泛比较结果显示，与文献中的模拟数据一致。
引用
@article{arxiv.2410.00147,
title = {Modeling Turbulence in the Atmospheric Boundary Layer with Spectral Element and Finite Volume Methods},
author = {Ananias Tomboulides Matthew Churchfield and Paul Fischer and Michael Sprague and Misun Min},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.00147},
year = {2024}
}
备注
35 pages, 24 figures, 1 table