基于沉浸边界法的气固两相湍流全分辨率直接数值模拟

本课题针对稀疏气固两相湍流，用沉浸边界法求解流场中的颗粒壁面，实现对全分辨率的直接数值模拟。主要的研究内容包括：（1）利用沉浸边界法模拟湍流中多个颗粒的运动，实现颗粒的碰撞，研究数值模拟的初始和边界条件；（2）气固两相湍流模拟需要超大规模计算量，为了实现全分辨率的直接数值模拟，本项目将在超级计算机上实现十亿级的网格的计算；（3）利用直接数值模拟得到的数据，研究气固两相相间湍动能交换、气相湍动能耗散与重要无量纲数的关系，气相湍流脉动速度的概率分布等统计信息。..气固两相湍流的全分辨率直接数值模拟是研究气固两相流的重要手段，有利于深入研究固体颗粒对气相湍流的调制作用，为气固两相湍流模型提供理论依据和重要数据。

本课题针对稀疏气固两相湍流，用沉浸边界发求解颗粒壁面，实现全分辨的气固两相湍流模拟。主要研究内容包括：1）沉浸边界法对多个自由移动球形以及碰撞算法的实现与验证；2）面向国内主流的多路多核，以及最近发展起来的GPGPU异构计算平台，实现并行算法，初步实现了超级计算机上实现十亿级网格的计算能力；3）针对各向同性衰减湍流，研究了颗粒相惯性对气相湍流的调制，通过颗粒相对气相湍动能，湍动能耗散的研究，以及相间动能的量化分析，发现气相湍动能交换的作用不是能沉，而是湍动能源，气相湍动能的衰减随着颗粒相惯性的减小而增大，这与已有的PPDNS的模拟结果相反。本课题实现了气固湍流的全分辨率数值模拟器的验证与并行化，研究固体颗粒对气相湍流的调制作用，为气固两相湍流模型提供理论依据和重要数据。