Loading...

Direct Numerical Simulation of External In-compressible Flow Using High-order Accurate Finite-difference Lattice Boltzmann Method

Aboutalebi, Mohammad | 2021

384 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 55369 (45)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Aerospace Engineering
  6. Advisor(s): Hejranfar, Kazem
  7. Abstract:
  8. In the present study, a high-order finite-difference lattice Boltzmann solver is applied for simulating steady and unsteady three-dimensional incompressible flows. To achieve an accurate and robust flow solver, the incompressible form of the lattice Boltzmann equation in the three-dimensional generalized curvilinear coordinates is discretized spatially based on the fifth-order weighted essentially non-oscillatory (WENO) finite-difference scheme. To ensure the stability and temporal accuracy of the flow solver, the fourth-order Runge-Kutta method is used for the time integration. To examine the accuracy and performance of the flow solver, different three-dimensional incompressible flow problems are studied that are the Beltrami flow, the cavity flow, the flow in the curved ducts of rectangular cross-sections and the flow over a sphere for different flow conditions. A GPU-based parallelization is used for reducing the computational cost in direct numerical simulations (DNSs) of the three-dimensional external incompressible flows with moderate Reynolds numbers. To this aim, the three-dimensional incompressible flow over a finite-span cylinder for different flow conditions is simulated by applying the proposed solution methodology. It is demonstrated that the present solution procedure based on the GPU-based high-order WENO finite-difference lattice Boltzmann method (WENOLBM) in the three-dimensional generalized curvilinear coordinates can be used for accurately and effectively computing the practical incompressible flow problems with acceptable computational cost
  9. Keywords:
  10. Lattice Boltzmann Method ; Incompressible Flow ; Direct Numerical Simulation (DNS) ; Weighted Essentially Non-Oscillatory Schemes ; Generalized Curvilinear Coordinates ; Graphics Procssing Unit (GPU) ; Three-Dimensional Generalized Curvilinear Coordinates ; Finite Difference Lattice Boltzmann Method

 Digital Object List

 Bookmark

  • فصل اول مقدمه و کلیات
  • فصل اول مقدمه و کلیات
    • 1.1 دیدگاه کلی
    • 1.2 انگیزه تحقیق
    • 1.3 مروری بر تحقیقات انجام‌شده
    • 1.4 نوآوری و اهداف تحقیق
    • 1.5 معرفی فصل‌های تحقیق
  • فصل دوم آشنایی با معادله شبکه بولتزمن
    • 2.1 معادلات حاکم
    • 2.2 آنالیز چاپمن-اینسکوگ
  • فصل سوم روش اختلاف-محدود وِنو
    • 3.1 روش اختلاف-محدود وِنو
    • 3.2 الگوریتم روش مرتبه پنج وِنو – WENO-JS
    • 3.3 حل عددی معادله موج یک‌بعدی
  • فصل چهارم حل جریان تراکم‌ناپذیر آرام با استفاده از حل‌گر شبکه بولتزمن در مختصات عمومی منحنی‌الخط سه‌بعدی به‌روش اختلاف-محدود مرتبه پنج وِنو
    • 4.1 معادله شبکه بولتزمن
    • 4.2 انتقال معادله شبکه بولتزمن به دستگاه مختصات عمومی منحنی‌الخط سه‌بعدی
    • 4.3 گسسته‌سازی مکانی معادله شبکه بولتزمن با استفاده از الگوریتم مرتبه پنج وِنو
    • 4.4 انتگرال‌گیری زمانی از معادله شبکه بولتزمن با استفاده از روش مرتبه چهار رانگ-کوتا
    • 4.5 اعمال شرایط مرزی در روش شبکه بولتزمن
    • 4.6 نتایج و بحث
      • 4.6.1 جریان گذرای درون حفره دو‌بعدی
      • 4.6.2 جریان بلترامی
      • 4.6.3 جریان سه‌بعدی درون حفره
      • 4.6.5 جریان تراکم‌ناپذیر داخل لوله منحنی‌شکل با مقطع مستطیلی
      • 5.5.4 جریان تراکم‌ناپذیر خارجی روی کره
  • فصل پنجم شبیه‌سازی عددی مستقیم جریان تراکم‌ناپذیرخارجی با استفاده از حل‌گر شبکه بولتزمن مرتبه پنج وِنو موازی‌سازی‌شده با استفاده از پردازنده گرافیکی
    • 5.1 آشنایی با موازی‌سازی جریان با استفاده از پردازنده گرافیکی (GPU)
      • 5.1.1 تفاوت محاسبات در پردازنده‌های مرکزی و گرافیکی
      • 5.1.2 موازی‌سازی با استفاده از معماری CUDA
    • 5.2 مقایسه زمان محاسباتی پردازش سری و موازی در حل جریان‌های مختلف
    • 5.3 شبیه‌سازی عددی مستقیم جریان تراکم‌ناپذیر روی استوانه
  • فصل ششم نتیجه‌گیری و بحث
  • فصل ششم نتیجه‌گیری و بحث
  • فصل ششم نتیجه‌گیری و بحث
    • 6.1 مقدمه
    • 6.2 مروری بر فصل‌ها و دست‌آوردهای مطالعه حاضر
    • 6.3 پیشنهادات برای ادامه کار
  • منابع
...see more