高阶格式在非稳态流动仿真中的效用：与二阶格式工具的比较
流体动力学
2024-07-30 v1 计算物理
摘要
本工作的目标是探讨高阶格式在模拟不稳定湍流流动时的效用与有效性。为实现此目标，本研究从两个角度展开：(i) 在相同网格条件下，不同数值格式对湍流问题的能力；(ii) 高阶格式求解湍流统计信息的精度与稳定性，针对不同网格类型（六面体、四面体和多面体单元）。仿真采用三阶格式对控制方程进行空间离散，同时采用广泛使用的二阶求解器 pisoFoam 进行比较。本研究考虑了以 Re=100、1600 的 Taylor-Green 涡旋 (TGV) 问题以及 Re=10000 的流动绕球体问题，以解决上述两个关键问题。对于 TGV 案例，高阶模型在数值精度上显著提升，收敛率提高，并将数值耗散降低了 nearly 1/10；后者中，高阶格式结合大涡模拟 (LES) 能准确预测涡旋结构和流动不稳定性，无论网格类型如何。然而，pisoFoam 对网格类型敏感，尤其是四面体单元，导致其产生大量非物理结构，这些结构源于数值噪声而非流动物理。此外，对于典型的低阶和高阶流动统计，本模型预测的数值结果与参考数据更吻合，网格类型依赖性更小。此外，由高阶求解器获得的能谱准确捕捉了 Kelvin-Helmholtz (K-H) 不稳定性和涡旋 shedding 频率，而传统低阶模型则未能显著表现这些重要特征。
引用
@article{arxiv.2407.19764,
title = {Utility of High-Order Scheme for Unsteady Flow Simulations: Comparison with Second-Order Tool},
author = {Peng Jiang and Yichen Huang and Yong Cao and Shijun Liao and Bin Xie},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.19764},
year = {2024}
}
备注
33 pages, 17 figures