高保真粒子跟踪在大规模并行系统上的框架
摘要：粒子负载流体出现在广泛的领域中，从大气流动到可再生能源再到涡轮机械。由于复杂的几何形状和高非定常流动场，这些流体通常对于预测颗粒诱导现象的数值模拟提出了挑战，这些流动场涵盖了广泛的空间和时间尺度。与此同时，颗粒相的演化对于可靠预测侵蚀和污垢等非线性效应至关重要。因此，多尺度性质要求对流动场和分散相进行精确的时间积分，特别是在存在过渡和分离的情况下。在本文中，我们介绍了开源高阶精度CFD框架FLEXI对粒子负载流体的扩展。FLEXI是一个用于可压缩Navier-Stokes-Fourier方程的大规模并行求解器，它可以在包括曲面元素和悬挂节点的（非）结构化网格上操作。在物理空间中采用基于光线追踪方法的高效粒子跟踪方法来处理与曲面边界的相交。我们描述了一向耦合和双向耦合分散相的模型及其数值处理方法，并重点讨论了特定实现选择的背景和动机。在整个工具链中，包括高阶精确的后处理，我们特别注意保持FLEXI在高性能计算基础设施上的优秀扩展性质。最后，我们演示了扩展框架在大规模问题上的适用性。
作者：Patrick Kopper, Anna Schwarz, Stephen M. Copplestone, Philip Ortwein, Stephan Staudacher, Andrea Beck
论文ID：2211.05458
分类：Computational Physics
分类简称：physics.comp-ph
提交时间：2023-05-17