Simulace turbulence v rovinném kanále
| Název práce v češtině: | Simulace turbulence v rovinném kanále |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Simulation of turbulence in a plane channel |
| Klíčová slova: | turbulence, počítačová dynamika tekutin, simulace velkých vírů, mezní vrstva, proudění v kanále |
| Klíčová slova anglicky: | turbulence, computational fluid dynamics, large eddy simulation, boundary layer, channel flow |
| Akademický rok vypsání: | 2017/2018 |
| Typ práce: | projekt |
| Jazyk práce: | |
| Ústav: | Katedra fyziky atmosféry (32-KFA) |
| Vedoucí / školitel: | Mgr. Vladimír Fuka, Ph.D. |
| Řešitel: |
| Zásady pro vypracování |
| Cílem projektu je ověřit schopnost modelu ELMM (https://bitbucket.org/LadaF/elmm) simulovat turbulentní proudění nad hladkým povrchem a zejména určit nejvhodnější kombinaci parametrů modelu. Uvažované parametry jsou rozlišení výpočetní sítě, délka časového kroku, volba modelu podměřítkové turbulence a volba numerické diskretizace.
Řešitel provede sadu simulací proudění v kanále mezi dvěma rovinnými hladkými deskami s periodickými okrajovými podmínkami v horizontálních směrech. Proudění bude řízeno konstantním tlakovým gradientem ve směru x který určuje výsledné napětí na stěně Reynoldsovo číslo Re_τ. Řešitel porovná přesnost simulací s výsledky přímých numerických simulací (DNS) z dostupné literatury (Moser, Kim, Mansour, 1999; Hoyas, Jiménez, 2006). Porovnávané veličiny budou vertikální profily průměrné rychlosti, diagonálních prvků Reynoldsova tenzoru napětí. Vyhodnocen bude vliv zvolených parametrů modelu na přesnost výsledků. |
| Seznam odborné literatury |
| Pope (2000) Turbulent Flows, Cambridge University Press, 1. edition, ISBN 978-0521598866.
Schlichting, Gersten (2000) Boundary-Layer Theory, Springer, 8. edition, ISBN 978-3540662709. (případně jiné vydání) Moser, Kim, Mansour (1999) Direct numerical simulation of turbulent channel flow up to Re_t = 590, Physics of fluids 11, No. 4, 943-945. Hoyas, Jiménez (2006) Scaling of the velocity fluctuations in turbulent channels up to Re_t = 2003, Physics of fluids 18, 011702. |
| Předběžná náplň práce |
| Přes velkou jednoduchost geometrie je proudění mezi dvěma rovinnými deskami důležitým modelovým případem proudění. Pro dostatečně vysoká Reynoldsova čísla je proudění turbulentní a nelze ho řešit analyticky.
Počítačová simulace všech struktur (vírů) v turbulentních prouděních je velice náročná a i pro středně velká Reynoldsova čísla vyžaduje použití superpočítačů a často velkého množství drahého procesorového času. Takovéto simulaci se říká přímá numerická simulace (direct numerical simulation - DNS). Simulace velkých vírů (large eddy simulation - LES) je metoda, která umožňuje řešit praktické problémy s turbulentním prouděním s výrazně menšími náklady, protože struktury menší než jisté měřítko jsou simulovány explicitně, ale jejich efekt je modelován přibližnými "modely podměřítkové turbulence". Tento projekt umožní získat základní zkušenosti s matematickým modelováním turbulentního proudění a se základními vlastnostmi turbulentních mezních vrstev. |