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湍流燃烧数值模拟的概率密度函数(PDF)方法,由于能够精确地处理化学反应,在研究有限反应速率和需要考虑详细反应动力学的燃烧过程中具有很强的优势。本文研究的U-RANS/PDF混合算法求解的是单点的脉动速度一化学热力学参数一湍流频率的联合概率密度函数输运方程,方程中化学反应项是封闭的,不需要模型,可以求解任意详细的化学反应机理。混合算法中采用MonteCarlo方法求解PDF输运方程,计算中需要的平均密度、平均速度、平均温度等信息由有限体积方法求解非定常的雷诺平均方程(U-RANS,Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes)得到。混合算法满足相容性,比单独的Monte Carlo方法计算效率高,计算偏差小。
本文研究了非结构网格上U-RAS/PDF混合算法的并行计算,希望将PDF方法推广到工程应用中。采用并行计算技术提高PDF方法的计算效率,满足工程应用中对计算容量和计算速度的要求。计算程序采用消息传递并行编程模型开发,具有效率高、通用性好的优点,可以在多种并行计算平台上移植:非结构网格使程序能适应工程实际中的复杂几何结构。
本文首先对湍流燃烧数值模拟的各种方法做了介绍和对比,介绍了PDF方法的特点:介绍了非结构网格上的U-RANS/PDF混合相容算法:研究了混合算法的计算并行性;研究了混合算法的并行算法设计;介绍了本文计算中采用的并行算法和程序;研究了并行算法在方柱绕流算例中的计算结果和计算效率;提出了U-RANS/PDF方法并行算法设计的改进目标。