Thesis (Selection of subject)Thesis (Selection of subject)(version: 285)
Assignment details
   Login via CAS
Simulace turbulence v rovinném kanále
Thesis title in Czech: Simulace turbulence v rovinném kanále
Thesis title in English: Simulation of turbulence in a plane channel
Key words: turbulence, počítačová dynamika tekutin, simulace velkých vírů, mezní vrstva, proudění v kanále
English key words: turbulence, computational fluid dynamics, large eddy simulation, boundary layer, channel flow
Academic year of topic announcement: 2017/2018
Type of assignment: project
Thesis language:
Department: Department of Atmospheric Physics (32-KFA)
Supervisor: Mgr. Vladimír Fuka, Ph.D.
Author:
Guidelines
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.
References
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.
Preliminary scope of work
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.
 
Charles University | Information system of Charles University | http://www.cuni.cz/UKEN-329.html