無論是設計最有效的發動機噴油方法，為農田灌溉水的建築機械，還是為汽車噴漆，人類都依靠液體噴霧劑進行無數的工業生產過程，以實現並豐富我們的日常生活。
但是，要了解如何使液體噴射噴霧器更清潔，更高效，研究人員必須專注於小事情：科學家們必須觀察流體在原子，微秒級細節中的流動，以便開始理解科學的重大挑戰之一-流體中的湍流
實驗是理解工業噴塗過程的重要工具，但是研究人員越來越依賴於模擬來理解和建模控制流體快速流動時出現的混沌運動的規律。
由慕尼黑聯邦德國大學的Markus Klein教授領導的一組研究人員（德國：慕尼黑聯邦德國大學）理解，準確有效地對湍流複雜性進行建模需要高性能計算（HPC），並且最近一直在使用位於慕尼黑附近Garching的Leibniz超級計算中心（LRZ）的高斯超級計算中心（GCS）資源，用於創建高端流動模擬，以更好地理解湍流。
“我們的目標是開發可以在商業上應用於實際工程問題的仿真軟件，” Klein團隊的合作者JosefHaßlberger博士說。他與合作者Sebastian Ketterl一起從事計算項目。該團隊的研究最近被選為《流體力學雜誌捕魚達人-遊戲》的封面。
這是一個（多）階段
當科學家和工程師談論液體噴霧時，它所帶來的細微差別要比它大得多-大多數噴霧實際上是多相現象，這意味著液體，固體和氣體的某種組合會捕魚達人序號同時流動。在噴霧中，這通常是通過霧化或將液體分解為液滴和韌帶而發生的，最終在某些應用中形成蒸氣。
研究人員需要在模擬過程中對這種多相混合進行詳細說明，以了解控制湍流的某些微小的基本過程，特別是液滴如何形成，聚結和破裂。九州娛樂城上，o娛樂城體驗金r液體和氣體之間的表面張力動力學—同時還捕獲了足夠大的面積，以查看這些運動如何影響噴射噴霧。液滴形成並受湍流bu影響通博娛樂城它也進一步影響成形後的湍流運動，因此需要非常詳細和精確的數值模擬。
在對流體流動進行建模時，研究人員可以使用幾種不同的方法。其中，直接數值模擬（DNS）的準確性最高，因為它們沒有從物理上近似地估計流體的流動方式，並且從數字上重新創建了“從頭開始”到最小湍流運動的過程（“ Kolmogorov-比例”分辨率）。由於其高性價比大老爺娛樂城從理論上講，DNS模擬只能在世界上功能最強大的超級計算機（如LRZ的SuperMUC）上運行。
建模流體流動的另一種常見方法是大渦模擬（LES），它對流體如何以最小的比例流動做出一些假設，而側重於在更長的時間段內模擬更大體積的流體。但是，為了使LES模擬能夠準確地對流體流動進行建模，模型中內置的假設必須依賴於這些小規模假設的質量輸入數據，因此需要進行DNS計算。
為了模擬湍流，研究人員創建了一個三維網格，其中包含超過十億個單個小單元，解決了作用在該流體體積上的所有力的方程，根據牛頓第二定律，該方程導致了流體加速。結果，可以在空間和時間上模擬流體速度。湍流和層流或平滑流之間的差異取決於流體運動的速度以及流體的稠度或粘性以及流動結構的大小。然後研究人員使模型運動，計算從離開噴嘴到分裂成液滴的液體特性。
基於團隊的DNS計算，它開始開髮用於細微湍流數據的新模型，這些模型可用於LES計算，最終有助於將精確的噴射噴霧模擬提高到商業水平。 LES計算攜帶大型結構的能量，但是對最小尺度的流動進行了建模，這意味著LES計算潛在地提供了更高的準確性，而所需的計算量卻更少。
朝正確的方向流動
儘管該團隊通過其DNS模擬獲得了對流體流動的更基本的了解，從而在改進LES模型方面取得了進展，但仍有改進的空間。儘管該小組目前可以詳細模擬霧化過程，但仍希望觀察在更長的時間範圍內發捕魚達人簽到生的其他現象，例如蒸發或燃燒過程。
下一代HPC資源將有助於縮小流配置的學術級DNS與實際實驗和工業應用之間的差距。這將產生用於模型開發的更實際的數據庫，並將提供對難以通過實驗觀察到的現象的詳細物理洞察。
此外，團隊還有更多工作要做，以實現對LES模型的改進。下一個挑戰是在典型的大渦流模擬中對小於實際網格大小的液滴進行建模，但這些液滴仍可與湍流相互作用，並有助於動量交換和蒸發。
本文已從高斯超級計算中心提供的材料中重新發布。注意：材料的長度和內容可能已被編輯。有關更多信息，請聯繫引用的來源。
參考：Hasslberger，J.，Ketterl，S.，Klein，M.和Chakraborty，N.（2019）。液體射流一次霧化中的流動拓撲：直接數值模擬分析。流體力學學報，859，819–838。 https://doi.org/10.1017/jfm.2018.845
