Collaborative Research: A Langevin Subgrid Scale Closure and Discontinuous Galerkin Exascale Large Eddy Simulation of Complex Turbulent Flows

合作研究:复杂湍流的 Langevin 亚网格尺度闭合和不连续 Galerkin 百亿亿次大涡模拟

基本信息

  • 批准号:
    1603131
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.52万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-08-01 至 2020-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1603131/1603589/1604142 Givi/Mavriplis/Girimaji Turbulent combustion is encountered in nearly all energy conversion devices, such as internal combustion engines, gas turbines, boilers, and gas burners. Turbulent combustion involves many complex physical and chemical phenomena. The ability to predict accurately the turbulent combustion process is critical to the design and optimization of combustion devices for achieving low emissions and high efficiency. This research will develop accurate computer models and numerical algorithms that can reveal the fundamental turbulent combustion processes and allow industry to design clean combustion devices, thus benefiting the environment. Extensive code development and computer simulations will be conducted. Additionally, this project will also include numerous education and outreach activities, including the development of an Interdisciplinary Computational Science Minor to provide additional courses on high-performance computing, student training in the multidisciplinary field of Computational Modeling and Simulation, K-12 outreach through the INVESTING NOW and CAMP-SOAR programs, and recruitment of students from minority and under-represented groups through the EXCEL program.In an effort to increase the accuracy of turbulent combustion simulation, this award provides funding to develop a new Langevin subgrid scale (SGS) closure and to implement it with a new discontinuous Galerkin numerical scheme for large eddy simulation (LES) of turbulent flows. The former provides accurate modeling of the SGS transport for a wide range of turbulent flows, including compressible and chemically reactive. The combined methodology will be put together in a package in which the available computational cores are utilized in a dynamic, adaptive manner. This is an important concept in high performance computing necessary for massively parallel simulations up to petascale, and towards (future) exascale. The new LES tool will be employed for predictions of several turbulent flows. The computational requirements for the proposed LES, in its most sophisticated form and utilizing the highest intended resolution, will be several orders of magnitude less than that required for direct numerical simulations. When successfully completed, this research will have a significant impact on turbulent combustion research. It will be extremely valuable for both industry and government agencies. The outcome of this work can also positively impact other disciplines, such as climate and atmospheric modeling or bioengineering.
1603131/1603589/1604142 GIVI/MAVRIPLIS/GIRIMAJI湍流燃烧在几乎所有能量转换设备中都遇到,例如内燃烧发动机,燃气轮机,锅炉,锅炉和气体燃烧器。湍流燃烧涉及许多复杂的物理和化学现象。准确预测湍流燃烧过程的能力对于实现低排放和高效率的燃烧设备的设计和优化至关重要。这项研究将开发准确的计算机模型和数值算法,这些算法可以揭示基本的动荡燃烧过程,并允许行业设计干净的燃烧设备,从而使环境受益。将进行广泛的代码开发和计算机模拟。此外,该项目还将包括众多的教育和外展活动,包括开发跨学科计算科学辅修课程,以提供有关高性能计算的其他课程,在计算建模和模拟的多学科领域中的学生培训,通过投资以及CAMP-SOAR计划的k-12宣传,以及从良好的努力中招募的学生,并招募了一个努力,并招募了一个努力,这些努力的努力是典型的,这些努力的努力既有典型的企图,又有典型的企业,这些努力的典范。模拟,该奖项为开发新的Langevin子网格量表(SGS)封闭提供了资金,并使用新的不连续的Galerkin数值方案来实施湍流的大型涡流模拟(LES)。前者为广泛的湍流(包括可压缩和化学反应性)提供了SGS传输的准确建模。合并的方法将以动态的自适应方式将可用的计算内核的包装放在一起。这是大规模平行模拟到佩斯卡尔(Petascale)以及(未来)Exascale所需的高性能计算中的一个重要概念。新的LES工具将用于预测几种湍流。提议的LE的计算要求,最复杂的形式并利用了最高预期的分辨率,将比直接数值模拟所需的数量级要小几个数量级。成功完成后,这项研究将对湍流燃烧研究产生重大影响。 对于行业和政府机构来说,它将非常有价值。这项工作的结果还可以积极影响其他学科,例如气候和大气建模或生物工程。

项目成果

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