湍流燃烧高精度数值模拟软件开发及射流燃烧DNS-李新亮.pptVIP

湍流燃烧高精度软件开发及 超声速射流燃烧DNS 李新亮 中国科学院力学研究所 lixl@imech.ac.cn 庆新春流体力学研讨会2017 * 一、 背景 1.湍流燃烧基础研究： 应用需求 、 流体力学前沿 湍流燃烧 流动机理； 湍流燃烧 计算模型； 湍流燃烧 控制技术； 湍流 燃烧 * 一、 背景 2. 湍流燃烧DNS—— 重要工具 Reynolds平均 （RANS） 大涡模拟 （LES） 直接数值模拟（DNS） 浙江大学、29基地、北大、清华、…… DNS: 无需 湍流模型 / 湍流燃烧相互作用模型 ; 化学反应源项； 模型化更为复杂 难点： 计算量大 （ 无燃烧DNS）； 对数值方法要求苛刻； 对物理、化学模型精度要求高； * 3. OpenCFD： 本课题组开发的一套开源高精度CFD程序 OpenCFD-SC: 高精度差分求解器 OpenCFD-EC: 多块结构网格有限体积求解器 OpenCFD-Comb: 复杂化学反应流动求解器 （差分） 傅德薰，马延文，李新亮等， 《可压缩湍流直接数值模拟》，科学出版社 Xinliang Li, Dexun Fu, Yanwen Ma and Xian Liang, Direct numerical simulation of compressible turbulent flows. Acta Mechanica Sinica 2010, 26 (6) :795-806 Xinliang Li, Dexun Fu and Yanwen Ma, Direct numerical simulation of hypersonic boundary layer transition over a blunt cone with a small angle of attack, Physics of Fluids 22， 025105， 2010 * 二、高精度燃烧数值模拟软件 OpenCFD-Comb Open CFD code for Combustion Flows 算法： 高精度差分 + 基元反应 + 时间分裂方法 Chemkin-like 化学反应机理接口 ； Chemkin 热力学模型、 物理模型 （粘性、热导、扩散系数） 高精度差分方法： OMP6, GVC, WENO7 高阶滤波，保证计算稳定性； MPI并行， 可扩展到百万CPU规模； 化学反应源项 源项计算 “小步快跑” * 测试算例1. （0 维） H2+ O2+N2 燃烧问题 880K, 0.3atm, 0.5%H2+ 0.5% O2 933K, 3.4atm, 1.01%H2+ 0.52% O2 H2 , O2 , H2 摩尔组分随时间的变化 与实验结果吻合较好 1. J.Li, Z.Zhao, A. Kazakov, F.L.Dryer, An update dcomprehensive kinetic model of hydrogen combustion, Int.J.Chem.Kinet.36(2004) 566–575. * 测试算例3. 二维管道中的爆轰波问题 管道中的爆轰过程 测试算例2. 1维爆轰波传播问题 一维管道 H2+O2爆轰 1.李廷文，王健平，叶朝晖， 基元化学反应一维爆轰波的数值模拟，空气动力学报，25（2），199-204,2007 [1] * 测试4： 真实气体效应湍流的DNS （三维） 目标： 探索真实气体效应以及化学反应对湍流的影响，改进计算模型； 前期研究： 真实气体槽道湍流DNS 氧原子浓度分布 CHEN Xiao-Ping， LI Xin-Liang，Direct Numerical Simulation of Chemical Non-Equilibrium Turbulent Flow，Chinese Physical Letters, Vol. 30, No. 6 (2013) 064702 * 三、 超声速射流燃烧DNS 计算条件 射流速度： 904m/s ; 射流温度： 305K; 射流组分： 85% H2 + 15% N2 伴流速度: 20m/s 伴流温度： 1150K 伴流组分： 空气 21% O2 + 79% N2 1. 计算模型 Mach 1.2 超声速射流燃烧 [1] 1. Lu Shuqiang, Fan Jianren,