Large-Eddy Simulation of Turbulent Scalar Transport Processes in Smooth and Rough Wall Boundary Layers

光滑和粗糙壁边界层中湍流标量输运过程的大涡模拟

基本信息

  • 批准号:
    357453-2013
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In mechanical, environmental and chemical engineering, turbulent transport of active and passive scalars in a boundary layer is a frequently encountered phenomenon, which has important applications for the engine industry, power plants, building environment, and prediction of air pollution in the atmospheric boundary layer. By their nature, turbulent convective flows driven by shear stresses, pressure gradients and scalar gradients are unsteady, and exhibit coherent flow structures that are highly interactive with the scalar transport processes. The proposed research aims at obtaining a deeper understanding of the interaction between dynamically evolving flow structures and scalar transport processes in both smooth and rough-wall boundary layers using the method of large-eddy simulation (LES), as well as development of new physics-based subgrid-scale scalar-flux models for improved LES of turbulent scalar transport in both low- and high-Reynolds number flows. In order to achieve these goals, both a priori and a posteriori LES methods will be employed for testing the model performance in contexts of smooth-wall boundary-layer flows and turbulent boundary-layer flows over obstacle arrays. The obtained LES results will be validated against direct numerical simulation (DNS) data and two sets of comprehensive water-channel and wind-tunnel experimental data. It is anticipated that the proposed research will provide an excellent opportunity for the applicant and his team to conduct innovative research on development of a high-fidelity predictive tool that can be used by both academics and engineers for assessing active and passive scalar transport in different types of boundary-layer flows. It is also anticipated that the proposed research will provide an opportunity to train highly qualified personnel in areas related to computational fluid dynamics, turbulent heat and mass transfer, environmental dispersion, and high-performance scientific computing based on in-house codes and supercomputers.
在机械、环境和化学工程中,边界层中主标量和非标量的湍流输运是经常遇到的现象,对于发动机工业、发电厂、建筑环境以及大气边界层空气污染的预测具有重要的应用。就其本质而言,由剪切应力、压力梯度和标量梯度驱动的湍流对流是不稳定的,并且表现出与标量传输过程高度相互作用的相干流动结构。 拟议的研究旨在使用大涡模拟(LES)方法更深入地了解光滑壁和粗糙壁边界层中动态演变的流动结构和标量传输过程之间的相互作用,以及开发新的物理方法基于亚网格尺度标量通量模型,用于改进低雷诺数流和高雷诺数流中湍流标量输运的 LES。为了实现这些目标,将采用先验和后验 LES 方法来测试障碍物阵列上的光滑壁边界层流和湍流边界层流背景下的模型性能。获得的 LES 结果将根据直接数值模拟 (DNS) 数据和两组综合水道和风洞实验数据进行验证。 预计拟议的研究将为申请人及其团队提供一个绝佳的机会,以开发高保真预测工具进行创新研究,该工具可供学者和工程师用来评估不同类型的主动和被动标量传输边界层流。预计拟议的研究将为计算流体动力学、湍流传热传质、环境分散以及基于内部代码和超级计算机的高性能科学计算等领域培训高素质人才提供机会。

项目成果

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专著数量(0)
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Wang, BingChen其他文献

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