Лекция. Турбулентные течения 3 (Головизин) (Электронные лекции), страница 2

По направлениям X, Z заданы периодические условия на скорость и давление3.На верхней и нижней горизонтальной плоскости задаются условия прилипания4.Расчет проводится при трех числах Рейнольдса Rem = 5600, 13760, 21900, чтобы сравниться с DNSрасчетами Moser/Kim/Moin (1987 - 1999)5.Cетка ортогональная – 512 x 256 x 256 ячеек, используется сгущение сетки вблизи стенок для учетаособенностей течения в пограничном слое.

Размеры области - 4πδ x 2δ x 2πδ (δ – полувысота канала) дляRem = 5600, и 2πδ x 2δ x πδ для Rem = 13760, 219001.FlowЗависимость коэффициента сопротивленияот числа РейнольдсаПРЯМОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИСТЕННОЙТУРБУЛЕНТНОСТИКомпоненты тензоратурбулентных напряжений Rem = 5600Компоненты тензоратурбулентных напряжений Rem = 21900Результаты расчетов сравнивались с Moser et al. 1999 и показали хорошее совпадение впристенной области. Отличие наблюдается в только области турбулентного ядра.

Полученныекоэффициенты сопротивления более близки к экспериментальным данным.Течение в трубе при числеРейнольдса 5300Сетка (3.75 млн. ячеек; в центре Δr+=3, Δφ+=3;на границе Δr+=0.3, Δφ+=8; по оси Z - Δz+=7)Течение в сечении трубыМодуль скоростиQcriterionПрофиль скоростиRMS пульсаций скоростейТурбулентные напряжения τ=<Ur∙Uz>Коэффициент сопротивленияСОДЕРЖАНИЕТурбулентность морских теченийСтатистическое описание турбулентностиСпектры турбулентных теченийИдеальный вихреразрешающий алгоритм (Perfect LES)Схема КАБАРЕРасчеты с полным разрешением спектраРасчеты с неполным разрешением спектра63Многокомпонентные течения и мелкая водаСвободная конвекция.Современные методики моделированияRa = 1010 :Вертикальный слой.

СеткаH L4Сетка:40 x 8 x 16 =5120 ячеек65Вертикальный слой (H/L = 4).Пример расчета при Ra = 1010Средние числа Nu:F.X. Trias et al.CABARETDNSRM1RM2128 x 190 x46216 x 34 x 8 x 17 x8040101.9100.8 102.20.182*Ra^0.2758 x 16 x40102.3510166Вертикальный слой (H/L = 4).Пример расчета при Ra = 1010F.X. Trias et al.CABARETDNSRM1RM20.182*Ra^0.275128 x 190 x46216 x 34 x 8 x 17 x8040101.9100.8 102.28 x 16 x40102.35101Среднее число Nu:Мгновенныезначения Nu нахолодной стенке67Вертикальный слой 1 (H/L = 4).Изоповерхности темп-ры при Ra = 101068Вертикальный слой (H/L = 4).Пример расчета при Ra = 1014Средние числа Nu:F.X.

Trias et al.DNSRM1-~1500Распределение yпо холодной стенке0.182*Ra^0.275CABARET1288103069СОДЕРЖАНИЕТурбулентность морских теченийСтатистическое описание турбулентностиСпектры турбулентных теченийИдеальный вихреразрешающий алгоритм (Perfect LES)Схема КАБАРЕРасчеты с полным разрешением спектраРасчеты с неполным разрешением спектра70Многокомпонентные течения и мелкая водаМОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ В ТРОЙНИКЕМеждународный слепой тестRe=85 000 ; 29 участниковРасчеты по схеме КАБАРЕбез использования моделейтурбулентностиЧисло ячеек: 3198595Подача горячей воды из верхнегопатрубка (фото эксперимента и картина 71расчета в плоскости симметрии)www.ibrae.ac.ruСРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НА РАЗЛИЧНЫХСЕТКАХ (УВЕЛИЧЕНИЕ ЧИСЛА ЯЧЕЕК БОЛЕЕЧЕМ В 64 РАЗА)Международный слепой код «T-Junction»Установлена сходимость результатов при измельчении сетки.Начиная с двух миллионов ячеек статистические характеристикипульсаций перестают изменяться.2×1051.8×10614.3×106 ячеекТемпература в плоскости симметрии72www.ibrae.ac.ruАНИМАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫЭкспериментРасчет на сетке в 15 миллионов ячеекРасчет по схеме «КАБАРЕ»73www.ibrae.ac.ruТЕЧЕНИЕ МЕЖДУ ДВУМЯ ТРУБКАМИГеометрическаямодель и сеткаR внешний = 21.1 ммR внутренний = 10.0 ммПрепятствие – сектор 90градусовСетка 1101600элементов (1мм)74SIBERIA Experimental Facility3D case2D caseCross sectionТЕЧЕНИЕ МЕЖДУ ДВУМЯ ТРУБКАМИ76Расчет для слабосжимаемой среды, ROFON=1000.0 кг/м3, PFON=98965.16 Па,скорость 0.55 м/с, вязкость 1e-3 (н*с/м2), Re=6050, М=0.055Холодная струя (ротор скорости)Ротор скорости на сетке 0.4МСМНОГО-КОМПОНЕНТНЫЙИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ78Прохождение ударной волны M=1.21через тяжелый газОтслеживаемые параметры:XR, XL, YT - крайняя правая, левая и верхняяточки, в которых молярная доля SF6составляет 99%.gammarhoAir1.41.153SF-61.6481.076Расчетная область - 0.45 x 0.2Область с SF6- 0.15 x 0.1Сетка- 720 x 320Число Куранта- 0.45Постановка эксперимента взята из “Bates K.

R., Nikiforakis N., Holder D. Richtmyer–Meshkov instability induced bythe interaction of a shock wave with a rectangular block of SF6 // Physics of Fluids. 2007.”Прохождение ударной волны M=1.21 через тяжелый газплотностьградиенты плотности идавленияПоложение крайней левой и крайнейправой точек с SF6. Штриховая линия КАБАРЕ, сплошная - WENO, отрезки экспериментальные данные спогрешностью.Положение крайней верхней точки сSF6. Штриховая линия - КАБАРЕ,сплошная - WENO, отрезки экспериментальные данные спогрешностью.НеустойчивостьРихтмайера - Мешкова•Расчетная область – прямоугольник [0,0.79]x[0,0.089].•Сетки – 852x96, 1704x192, 3408x384 узлов•Граничные условия: стенка с проскальзыванием на нижней, верхней и правой гранях,Вход на левой грани.•В начальный момент времени вдоль линии x=0.01 находится фронт УВ,движущейся вправо по покоящемуся фону из смеси воздуха и ацетона, далее справаот кривой x=0.02cos(3*pi*y/0.0593) – покоящийся фторид серы 6.ВеличинаupУд.

волнаВоздухSF6Ед.изм.2.0841.3515.494кг/м31.41.41.0931127.919800м/с1667009560095600ПаЭволюция массовой доли и теневогоизображения (сетка 1704x192)Temperature fluctuation in sodium reactor (war172)In right channelVelocity 0.9 м/с, temperature 1In left channelVelocity 1 м/с , temperature 0AnimationRotorTemperatureVelocityМодельная задача дляслепого теста 2014 года«ЗАДАЧА О СМЕШЕНИИ РАЗНОТЕМПЕРАТУРНЫХ СТРУЙЖИДКОГО НАТРИЯ В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКЕ»Натрий поступает в коллектор снизучерез головки ТВС и выходит черезверхние отверстия в сборную камеруТемператураВид сетки в вертикальноми горизонтальном сечениях.Ротор скоростиРазвитие технологии параллельных вычисленийи расчетных кодов нового поколенияhttp://www.okbm.nnov.ru/Уже сейчас в ИБРАЭ проводитсямоделирование крупномасштабныхреакторных установок, например,БН-1200  анализ захвата газав верхней камере смешения87Поле скоростейЧисленное моделирование проводится дляразного дизайна фрагментов поворотной колонныи промежуточного теплообменникаТрехмерный код КАБАРЕ для расчетанестационарных задачтепломассопереноса без использованиямоделей турбулентности и настроечныхпараметровМосква, 2015Назначение кода«Медленные» задачи• Течение жидкометаллическоготеплоносителя• Течения газов под контайнментомНесжимаемая жидкость«Быстрые» задачи• Течение струй смеси газовСжимаемый газСлабо сжимаемое приближение• Многокомпонентные течения89Особенности кода CABARET-ST1.

Код CABARET-ST представляет собой реализацию методики КАБАРЕдля проведения массивных параллельных вычислений на кластерныхЭВМ задач гидродинамики на неструктурированных гексагональныхсетках2. Реализован на языке С++3. Программная платформа использует библиотеку сеточных баз данных– ITAPS MOAB (A Mesh-Oriented datABase). Библиотека MOABподдерживает все необходимые базовые операции дляраспределенных сеточных данных, позволяет работать как соструктурированными, так и неструктурированными сетками,поддерживает все виды ячеек, включая произвольныемногоугольники и многогранники.4.

Формат хранения данных – HDF5 (Иерархический формат данных).Позволяет работать с данными большого размера. Обеспечиваетвысокую скорость доступа к данным.5. Реализована возможность асинхронной передачи сообщений (безблокировки) с использование процедуры MPI_Isend6. Реализована возможность проведения расчетов с асинхроннымишагами по времени.

Разбиение на партиции в этом случае проводитсяс учетом вычислительной сложности ячеек сеткиЕдиный кодСлабо сжимаемаяжидкость1 компонентаСлабо сжимаемаяжидкостьN компонентГидродинамикаИдеальный газ1 компонентаВязкостьИдеальный газN компонентТеплопроводность…Вычислительное ядроПлатформа (модель данных)• MOAB• CGNS• …91Асинхронное распараллеливание1. Задержка «готовность – потребность»TTФаза-1 Фаза-2 Фаза-3ГидродинамикаTВязкостьTТеплопроводность…Вычислительное ядроПлатформа (модель данных)• MOAB• CGNS• …92Асинхронное распараллеливание2.

Порядок вычисленийФаза-1uCn 1/ 2  uCn 1 /2V6 Fkn  0k 1Фаза-2vSn1  vuCL , uCR Фаза-3uCn 1  uCn 1/ 2 1 /2V6Fk 1n 1k0Параллельные вычисления:• Все консервативные переменные вычисляются локально• Вклад в потоковую переменную от консервативных вычисляется локально• Вклады в потоковые переменные пересылаются между партициями• Потоковые переменные вычисляются на каждой партиции единым образом93Асинхронное распараллеливание2. Порядок вычисленийПараллельные вычисления:• Все консервативные переменные вычисляются локально• Инварианты на гранях вычисляются локально• Инварианты пересылаются между партициями• Потоковые переменные по инвариантам вычисляются на каждой грани локально1.2.3.4.5.6.Вычисления инвариантов с одной стороны на интерфейсных граняхОтправка инвариантов в соседние партицииВычисления инвариантов на внутренних граняхВычисление потоковых переменных на внутренних граняхПолучение инвариантов от соседних партицийВычисление потоковых переменных на интерфейсных гранях94ТРЕХМЕРНОЕ ОБТЕКАНИЕЦИЛИНДРА ПРИ RE = 4000095А.В.

СоловьевА. КанаевВ. КондаковА. ЗайцевС.А. ФиногеновВ. ГлотовМ.А. Зайцев96А. РязановИ. КороткинД. АсфандияровС. КарабасовА. Данилин.