CDS&E: Collaborative Research: Fast Numerical Simulations of Low Void Fraction Disperse Multiphase Systems using Event-Triggered Communication

CDS

基本信息

  • 批准号:
    1953082
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.94万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Disperse flows involve multiphase fluids where one phase consists of particles, including bubbles and drops, suspended in another contiguous phase. Disperse flows arise in many problems of practical interest in engineering and the natural environment. Direct numerical simulations (DNS) have proven to be indispensable in understanding such flows. However, for flows with more concentrated particles (i.e. low void fractions), it becomes computationally expensive to simulate interactions between particles. Even state-of-the-art simulations take much too long for them to become commonplace. This project will develop new computational methods, based on ideas from control theory, to speed up such simulations and use them to conduct an in-depth study of disperse multiphase systems with low void fractions. The primary intellectual merit of the project lies in using computation algorithms that reduce communication among multiple processing elements for conducting large-scale simulations of heterogeneous multiphase systems - in particular, low void fraction disperse systems where the inclusion of many particles requires large computational domains and long computational times to collect converged statistical quantities. Such averaged data is critical for the construction of reduced order models used for industrial predictions. This project will aid in better understanding of multiphase flows and systems that are critical in energy conversion, material processing, the chemical industry, atmospheric processes, and living systems, as well as develop novel computational strategies based on event-triggered communications between processors to improve the efficiency of parallel computations. Further, people will be educated in both their development and use, and educational material aimed at lowering the barrier to entry for new researchers will be developed.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
分散流涉及多相流体,其中一个相由颗粒(包括气泡和滴剂)组成,悬浮在另一个连续相中。 分散流在工程和自然环境中的许多实际兴趣问题中出现。 事实证明,直接数值模拟(DNS)在理解此类流程中是必不可少的。 但是,对于具有更浓缩颗粒的流量(即低空隙部分),模拟粒子之间的相互作用在计算上变得昂贵。即使是最先进的模拟也需要太长时间才能变得司空见惯。该项目将根据控制理论的思想来开发新的计算方法,以加快此类模拟,并使用它们对具有低空隙部分的多相系统进行深入研究。该项目的主要智力优点在于使用计算算法,这些算法减少了多个处理元素之间的通信,以进行多种偶有的多相系统的大规模模拟 - 特别是,低空空隙分数分散系统,其中包含许多粒子需要大型计算域需要大的计算域并长度计算时间来收集融合的统计量量。这种平均数据对于构建用于工业预测的减少订单模型至关重要。该项目将有助于更好地了解多相流和系统,这些流量和系统对能源转换,材料加工,化学工业,大气过程和生活系统至关重要,以及基于处理器之间的事件触发的通信以提高并行计算的效率,开发了新的计算策略。此外,将开发旨在降低新研究人员进入障碍的旨在降低新研究人员进入障碍的教育材料对人们进行教育。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响来通过评估来支持的。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Interface retaining coarsening of multiphase flows
  • DOI:
    10.1063/5.0058776
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Xianyang Chen;Jiacai Lu;G. Tryggvason
  • 通讯作者:
    Xianyang Chen;Jiacai Lu;G. Tryggvason
Characterizing interface topology in multiphase flows using skeletons
使用骨架表征多相流中的界面拓扑
  • DOI:
    10.1063/5.0109333
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Chen, Xianyang;Lu, Jiacai;Zaleski, Stéphane;Tryggvason, Grétar
  • 通讯作者:
    Tryggvason, Grétar
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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    Xin Feng;Chao Yang;Zai-Sha Mao;Jiacai Lu;Gretar Tryggvason
  • 通讯作者:
    Gretar Tryggvason

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