Stochastická vstupní okrajová podmínka pro nestacionární simulace

On stochastic inlet boundary condition for unsteady simulations

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

The paper deals with the stochastic generation of synthesized turbulence, which may be used for a generating of an inlet boundary condition for unsteady simulations, e.g. Direct Numerical Simulation (DNS) or Large Eddy Simulation (LES). Assumptions for the generated turbulence are isotropy and homogeneity. The described method produces a stochastic turbulent velocity field using the synthesis of a finite sum of random Fourier modes. The calculation of individual Fourier modes is based on known energy spectrum of turbulent flow, and some turbulent quantities, e.g. turbulent kinetic energy and turbulent dissipation rate. A division of wave number range of the energy spectrum determines directly the number of Fourier modes, and has a direct impact on accuracy and speed of this calculation. Therefore, this work will examine the influence of the number of Fourier modes on a conservation of the first and second statistical moments of turbulent velocity components, which are prespecified. It is important to ensure a sufficient size of a computational domain, and a sufficient number of cells for meaningful comparative results. Dimensionless parameters characterizing the resolution and size of the computational domain according to a turbulent length scale will be introduced for this purpose. Subsequently, the sufficient values of this parameters will be shown for individual numbers of Fourier modes.

Příspěvek se zabývá stochastickým generováním syntetické turbulence, která může být použita pro tvorbu vstupní okrajové podmínky nestacionárních simulací, např. Direct Numerical Simulation (DNS) nebo Large Eddy Simulation (LES). Předpokladem generované turbulence je izotropie a homogenita. Popsaná metoda vytváří turbulentní stochastické turbulentní rychlostní pole pomocí syntézy konečného součtu náhodných Fourierových módů. Výpočet jednotlivých Fourierových módů vychází ze známého energetického spektra turbulentního proudění, a turbulentních veličin, např. turbulentní kinetická energie a turbulentní míra disipace. Diskretizace energetického spektra přímo určuje počet Fourierových módů a má přímý vliv na přesnost a rychlost výpočtu. V této práci je tedy zkoumán vliv počtu Fourierových módů na zachování prvních a druhých statistických momentů turbulentních složek rychlostí, které jsou předem určeny. Je důležité zajistit dostatečnou velikost výpočetní oblasti a dostatečný počet buněk pro smysluplné srovnání výsledků. Za tímto účelem budou zavedeny bezrozměrné parametry charakterizující rozlišení a velikost výpočetní domény vzhledem k turbulentnímu délkovému měřítku. Následně budou zobrazeny vhodné hodnoty těchto parametrů pro jednotlivé počty Fourierových módů.

The paper deals with the stochastic generation of synthesized turbulence, which may be used for a generating of an inlet boundary condition for unsteady simulations, e.g. Direct Numerical Simulation (DNS) or Large Eddy Simulation (LES). Assumptions for the generated turbulence are isotropy and homogeneity. The described method produces a stochastic turbulent velocity field using the synthesis of a finite sum of random Fourier modes. The calculation of individual Fourier modes is based on known energy spectrum of turbulent flow, and some turbulent quantities, e.g. turbulent kinetic energy and turbulent dissipation rate. A division of wave number range of the energy spectrum determines directly the number of Fourier modes, and has a direct impact on accuracy and speed of this calculation. Therefore, this work will examine the influence of the number of Fourier modes on a conservation of the first and second statistical moments of turbulent velocity components, which are prespecified. It is important to ensure a sufficient size of a computational domain, and a sufficient number of cells for meaningful comparative results. Dimensionless parameters characterizing the resolution and size of the computational domain according to a turbulent length scale will be introduced for this purpose. Subsequently, the sufficient values of this parameters will be shown for individual numbers of Fourier modes.

výpočetní dynamika tekutin, vstupní okrajová podmínka, syntetická turbulence, Fourierův mód

computaional fluid dynamics, inlet boundary condition, synthesized turbulence, Fourier mode

2013

19.11.2013

EDP Sciences

Kutná Hora

978-80-260-5375-0

2100-014X

EPJ Web of Conferences

67

1

495–498

4