Rendimiento computacional de escenarios dispares de Lattice Boltzmann bajo simulación de flujo de convección térmica inestable y transferencia de calor
Autores: Hartono, Aditya Dewanto; Sasaki, Kyuro; Sugai, Yuichi; Nguele, Ronald
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Rendimiento computacional de escenarios dispares de Lattice Boltzmann bajo simulación de flujo de convección térmica inestable y transferencia de calor
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Convección natural
Transferencia de calor
Lattice Boltzmann
Rendimiento computacional
Termo-hidrodinámica
Modelos de fuerza
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
El presente trabajo destaca la capacidad de diversas estrategias de lattice Boltzmann para simular fenómenos de convección natural y transferencia de calor durante el período inestable del flujo. Dentro del marco del operador de colisión de Bhatnagar-Gross-Krook, surgieron diversos esquemas de lattice Boltzmann a partir de dos diferentes formulaciones discretas de Boltzmann y tres modelos de forzamiento distintos. Posteriormente, se probó el rendimiento computacional de las diversas estrategias de lattice Boltzmann en dos configuraciones termo-hidrodinámicas diferentes, a saber, la convección natural en una cavidad calentada diferencialmente y la convección de Rayleigh-Bènard. Con fines de exhibición y validación, las condiciones de estado estacionario de ambos sistemas físicos se compararon con los resultados numéricos establecidos de las técnicas computacionales clásicas. Se observaron excelentes acuerdos para ambos casos termo-hidrodinámicos. Los resultados numéricos de ambos sistemas físicos demuestran la existencia de una considerable discrepancia en las características computacionales de las diferentes estrategias de lattice Boltzmann durante el período inestable de la simulación. La disparidad correspondiente disminuyó gradualmente a medida que la simulación avanzaba hacia una condición de estado estacionario, donde los perfiles computacionales se volvieron casi equivalentes. Se identificó la variación en las expresiones discretas de lattice Boltzmann como el factor principal que genera la heterogeneidad prevaleciente en el comportamiento computacional. Mientras tanto, se encontró que la contribución de los distintos modelos de forzamiento a la aparición de tal diversidad era insignificante. Los hallazgos del presente estudio contribuyen a los esfuerzos para aliviar problemas contemporáneos relacionados con la selección adecuada de esquemas de lattice Boltzmann en la modelización de fenómenos de flujo de fluidos y transferencia de calor.
Descripción
El presente trabajo destaca la capacidad de diversas estrategias de lattice Boltzmann para simular fenómenos de convección natural y transferencia de calor durante el período inestable del flujo. Dentro del marco del operador de colisión de Bhatnagar-Gross-Krook, surgieron diversos esquemas de lattice Boltzmann a partir de dos diferentes formulaciones discretas de Boltzmann y tres modelos de forzamiento distintos. Posteriormente, se probó el rendimiento computacional de las diversas estrategias de lattice Boltzmann en dos configuraciones termo-hidrodinámicas diferentes, a saber, la convección natural en una cavidad calentada diferencialmente y la convección de Rayleigh-Bènard. Con fines de exhibición y validación, las condiciones de estado estacionario de ambos sistemas físicos se compararon con los resultados numéricos establecidos de las técnicas computacionales clásicas. Se observaron excelentes acuerdos para ambos casos termo-hidrodinámicos. Los resultados numéricos de ambos sistemas físicos demuestran la existencia de una considerable discrepancia en las características computacionales de las diferentes estrategias de lattice Boltzmann durante el período inestable de la simulación. La disparidad correspondiente disminuyó gradualmente a medida que la simulación avanzaba hacia una condición de estado estacionario, donde los perfiles computacionales se volvieron casi equivalentes. Se identificó la variación en las expresiones discretas de lattice Boltzmann como el factor principal que genera la heterogeneidad prevaleciente en el comportamiento computacional. Mientras tanto, se encontró que la contribución de los distintos modelos de forzamiento a la aparición de tal diversidad era insignificante. Los hallazgos del presente estudio contribuyen a los esfuerzos para aliviar problemas contemporáneos relacionados con la selección adecuada de esquemas de lattice Boltzmann en la modelización de fenómenos de flujo de fluidos y transferencia de calor.