在環(huán)境流體力學中,風場是風沙流、風雪流等自然環(huán)境特性問題研究的動力源和基礎.通常采用壁湍流模型進行風場大渦模擬（large eddy simulation, LES）計算,但受到計算規(guī)模的限制使得高雷諾數(shù)風場的模擬計算難以實現(xiàn).并行計算技術是解決大規(guī)模高雷諾數(shù)風場大渦模擬的關鍵技術之一.在不可壓湍流風場的LES模擬中,壓力泊松方程的并行計算技術是進行規(guī)模并行計算的困難點.根據(jù)風場流動模擬計算的特點,采用水平網(wǎng)格等距而垂直于地面網(wǎng)格非等距,在解決規(guī)模并行計算中求解壓力泊松方程的難點問題時,利用FFT解耦三維泊松方程使其變?yōu)榇瓜虻囊痪S三對角方程,并利用可并行的三對角方程PDD求解技術,可建立三維泊松方程的直接并行求解技術.結合其它容易并行的動量方程計算,本文建立風場LES模擬的并行直接求解方法 （parallel direct method-LES, PDM-LES）.在超級計算機上對新方法進行并行效率測試,并行計算效率達到90%.新的方法可用于進行湍流風場大渦模擬的大規(guī)模并行計算.計算結果表明,湍流風場瞬時速度分布近壁面存在條帶狀的擬序結構,平均場的速度分布符合速度對數(shù)律特性,風場湍流特... 

【文章來源】：力學學報. 2020,52(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

風沙流中的風場計算域示意圖

圖2給出了來流Re=10 000時三維瞬時速度分布.三維瞬時速度分布圖中可以看到，湍流流動的速度分布存在明顯的脈動特性.計算結果得出，在現(xiàn)有計算條件下Reτ≈4000.圖3為不同高度xy平面的瞬時速度分布.圖3(a)為近壁面平行于xy平面上的瞬時速度分布(z+=12)，可以看到壁湍流近壁面區(qū)域分布著眾多的沿流動方向分布的低速條紋和高速條紋.圖3(b)為離壁面距離略高的xy平面上的瞬時速度分布(z+=200)，仍然可以看到明顯的條帶狀速度分布.隨著高度的增加，條帶狀速度分布的尺度增大.這些條紋反映出壁面附近的流動存在沿流向方向的條帶狀擬序結構.瞬時速度條帶狀擬序結構是湍流流動的最主要流動特征，并且起到控制湍流流動特性的重要作用.

圖3為不同高度xy平面的瞬時速度分布.圖3(a)為近壁面平行于xy平面上的瞬時速度分布(z+=12)，可以看到壁湍流近壁面區(qū)域分布著眾多的沿流動方向分布的低速條紋和高速條紋.圖3(b)為離壁面距離略高的xy平面上的瞬時速度分布(z+=200)，仍然可以看到明顯的條帶狀速度分布.隨著高度的增加，條帶狀速度分布的尺度增大.這些條紋反映出壁面附近的流動存在沿流向方向的條帶狀擬序結構.瞬時速度條帶狀擬序結構是湍流流動的最主要流動特征，并且起到控制湍流流動特性的重要作用.圖3 不同高度xy平面的瞬時速度分布

【參考文獻】：
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本文編號：3494983