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Urban air-pollution modeling at gray- zone resolutionsWeger, Michael 11 July 2024 (has links)
Die vorliegende Doktorarbeit beschäftigt sich mit der numerischen Ausbreitungssimulation von Luftschadstoffen im urbanen Raum. Als Strömungshindernisse prägen Gebäude maßgeblich das kleinskalige Windfeld und damit den horizontalen Transport und die Verteilung von urbanen Luftschadstoffen. Die häufig im Rahmen von Großwirbelsimulationen (engl.: Large Eddy Simulation, LES) zur expliziten Darstellung von Gebäuden verwendeten hohen räumlichen Auflösungen in Bereich von wenigen Metern erforden einen hohen Rechenaufwand und beschränken daher die Anwendung meist auf wenige Gebäudeblöcke.
Mittels eines neuen Diskretisierungsansatzes können Gebäude auch bei deutlich geringeren Auflösungen in Bereich der sogenannten urbanen Grauzone (horizontale Gitterweite > 10m) mittels diffuser Gebäudekanten explizit dargestellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das urbane Dispersionsmodells CAIRDIO (v1.0) mit diesem neuen Diskretisierungsansatz entwickelt. Das Modell wurde zunächst mit einem Windkanalexperiment, welches die turbulente Ausbreitung eines Test-Tracers in einer Modellstadt beinhaltet, validiert. Dabei konnte bis zu einer horizontalen Auflösung von 40m noch eine hinreichend gute Übereinstimmung des Modells mit Konzentrationsmessungen erzielt werden, es wurde jedoch nur ein Bruchteil der Rechenzeit einer Referenzsimulation mit 5m Gitterweite benötigt. Der Ansatz mit diffusen Gebäuden erlaubt daher den Anwendungsbereich mikroskaliger Simulationen im Vergleich zu klassischen LES Simulationen erheblich zu erweitern, z.B. auf die Simulation ganzer Städte.
In einer ersten realistischen Fallstudie wurde das Modell CAIRDIO auf die Stadt Leipzig in Mitteldeutschland angewandt. Dabei wurde die Ausbreitung von realistischen Feinstaub und Ruß-Emissionen bei einer horizontalen Auflösung von 40m für das gesamte Stadtgebiet über einen Zeitraum von 2 Tagen (Anfang März 2020) berechnet und mit Messungen validiert. Es konnten die Auswirkungen der variablen Grenzschichtdynamik auf den urbanen Luftschadstofftransport mit dem Modell qualitativ korrekt wiedergegeben werden. Nur für verkehrsnahe Standorte führte eine höhere räumliche Auflösung von bis zu 5m noch zu einer besseren Übereinstimmung mit den Messungen. Insgesamt stellten jedoch bereits bei 40m Auflösung die Unsicherheiten in den Emissionen und den Randbedingungen den größten Anteil am Modellfehler dar.
In einer zweiten Fallstudie wurde eine weiter entwickelte Version des Modells CAIRDIO auf die Stadt Dresden im Elbtal angewandt. Der Fokus dieser Studie lag diesmal auf der den urbanen Raum umgebenden Orographie, welche erhebliche Auswirkungen auf die lokale Luftqualität bei Inversionswetterlagen haben kann. Dazu wurde das Dresdner Becken mittels geländefolgender Koordinaten zusammen mit den nach wie vor diffus repräsentierten Stadtgebäuden auf der Skala der urbanen Grauzone im Modell dargestellt. Neben der Dispersion von Ruß-Emissionen wurde auch die Ruß-Alterskonzentration, welche sich besonders gut zur Identifikation von orographisch bedingten Akkumulation von Luftschadstoffen eignet, über einen Zeitraum von insgesamt 24 Tagen modelliert. Die räumliche Verteilung der Alterskonzentrations-Hotspots wurde bei stabilen Wetterlagen neben den Gebäudeeffekten maßgeblich durch die Orographie beeinflusst, während bei neutraler Schichtung orographische Effekte nur gering ausgeprägt waren.
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A Computational Framework for Fluid-Thermal Coupling of Particle DepositsPaul, Steven Timothy 13 June 2018 (has links)
This thesis presents a computational framework that models the coupled behavior between sand deposits and their surrounding fluid. Particle deposits that form in gas turbine engines and industrial burners, can change flow dynamics and heat transfer, leading to performance degradation and impacting durability. The proposed coupled framework allows insight into the coupled behavior of sand deposits at high temperatures with the flow, which has not been available previously. The coupling is done by using a CFD-DEM framework in which a physics based collision model is used to predict the post-collision state-of-the-sand-particle. The collision model is sensitive to temperature dependent material properties of sand. Particle deposition is determined by the particle's softening temperature and the calculated coefficient of restitution of the collision. The multiphase treatment facilitates conduction through the porous deposit and the coupling between the deposit and the fluid field.
The coupled framework was first used to model the behavior of softened sand particles in a laminar impinging jet flow field. The temperature of the jet and the impact surface were varied(T^* = 1000 – 1600 K), to observe particle behavior under different temperature conditions. The Reynolds number(Rejet = 20, 75, 100) and particle Stokes numbers (Stp = 0.53, 0.85, 2.66, 3.19) were also varied to observe any effects the particles' responsiveness had on deposition and the flow field. The coupled framework was found to increase or decrease capture efficiency, when compared to an uncoupled simulation, by as much as 10% depending on the temperature field. Deposits that formed on the impact surface, using the coupled framework, altered the velocity field by as much as 130% but had a limited effect on the temperature field.
Simulations were also done that looked at the formation of an equilibrium deposit when a cold jet impinged on a relatively hotter surface, under continuous particle injection. An equilibrium deposit was found to form as deposited particles created a heat barrier on the high temperature surface, limiting more particle deposition. However, due to the transient nature of the system, the deposit temperature increased once deposition was halted. Further particle injection was not performed, but it can be predicted that the formed deposit would begin to grow again.
Additionally, a Large-Eddy Simulation (LES) simulation, with the inclusion of the Smagorinsky subgrid model, was performed to observe particle deposition in a turbulent flow field. Deposition of sand particles was observed as a turbulent jet (Re jet=23000,T_jet^*= 1200 K) impinged on a hotter surface(T_surf^*= 1600 K). Differences between the simulated flow field and relevant experiments were attributed to differing jet exit conditions and impact surface thermal conditions. The deposit was not substantive enough to have a significant effect on the flow field. With no difference in the flow field, no difference was found in the capture efficiency between the coupled and decoupled frameworks. / Master of Science / Particle deposits can form in a wide range of environments leading to altered performance. In applications, such as jet engines, particles are heated to critically high temperatures. At these high temperatures, the particles can soften, and begin to exhibit characteristics of both a liquid and a solid. Overtime as these softened particles aggregate on a wall, a deposit will begin to form. These deposits alter the geometry resulting in changes in fluid temperature and velocity. This change in fluid behavior will affect the rate of particle deposition that happens in the future.
There has been limited work that has looked at the coupled behavior between a deposit and its surrounding fluid, experimentally or computationally. The purpose of this research was to develop a framework that models the deposition of softened particles, and the coupled behavior between deposits and the fluid. This research was able to show that the presence of a deposit could change its surrounding fluid’s velocity and temperature significantly. Differences in the rate of particle deposition also occurred when a deposit had formed on a surface. These results show the importance of capturing the relationship between deposits and the surrounding fluid. With further development, this proposed framework can provide insight into altered gas turbine performance and can lead to improved maintenance plans.
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Numerical Study on Unstable Combustion: Combustion Instability and Combustion Noise / 不安定燃焼の数値的研究:燃焼振動および燃焼騒音Nagao, Jun 25 March 2024 (has links)
京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第25278号 / 工博第5237号 / 新制||工||1998(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻 / (主査)教授 黒瀬 良一, 教授 長田 孝二, 教授 岩井 裕 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM
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Large Eddy Simulations of Complex Flows in IC-Engine's Exhaust Manifold and TurbineFjällman, Johan January 2014 (has links)
The thesis deals with the flow in pipe bends and radial turbines geometries that are commonly found in an Internal Combustion Engine (ICE). The development phase of internal combustion engines relies more and more on simulations as an important complement to experiments. This is partly because of the reduction in development cost and the shortening of the development time. This is one of the reasons for the need of more accurate and predictive simulations. By using more complex computational methods the accuracy and predictive capabilities are increased. The disadvantage of using more sophisticated tools is that the computational time is increasing, making such tools less attractive for standard design purposes. Hence, one of the goals of the work has been to contribute to assess and improve the predictive capability of the simpler methods used by the industry. By comparing results from experiments, Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) computations, and Large Eddy Simulations (LES) the accuracy of the different computational methods can be established. The advantages of using LES over RANS for the flows under consideration stems from the unsteadiness of the flow in the engine manifold. When such unsteadiness overlaps the natural turbulence the model lacks a rational foundation. The thesis considers the effect of the cyclic flow on the chosen numerical models. The LES calculations have proven to be able to predict the mean field and the fluctuations very well when compared to the experimental data. Also the effects of pulsatile exhaust flow on the performance of the turbine of a turbocharging system is assessed. Both steady and pulsating inlet conditions are considered for the turbine case, where the latter is a more realistic representation of the real flow situation inside the exhaust manifold and turbine. The results have been analysed using different methods: single point Fast Fourier Transforms (FFT), probe line means and statistics, area and volume based Proper Orthogonal Decomposition (POD) and Dynamic Mode Decomposition (DMD). / Denna avhandling behandlar flödet i rörkrökar och radiella turbiner som vanligtvis återfinns i en förbränningsmotor. Utvecklingsfasen av förbränningsmotorer bygger mer och mer på att simuleringar är ett viktigt komplement till experiment. Detta beror delvis på minskade utvecklingskostnader men även på kortare utevklningstider. Detta är en av anledningarna till att man behöver mer exakta och prediktiva simuleringsmetoder. Genom att använda mer komplexa beräkningsmetoder så kan både nogrannheten och prediktiviteten öka. Nackdelen med att använda mer sofistikerade metoder är att beräkningstiden ökar, vilket medför att sådana verktyg är mindre attraktiva för standardiserade design ändamål. Härav, ett av målen med projektet har varit att bidra med att bedöma och förbättra de enklare metodernas prediktionsförmåga som används utav industrin. Genom att jämföra resultat från experiment, Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) och Large Eddy Simulations (LES) så kan nogrannheten hos de olika simuleringsmetoderna fastställas. Fördelarna med att använda LES istället för RANS när det gäller de undersökta flödena kommer ifrån det instationära flödet i grenröret. När denna instationäritet överlappar den naturligt förekommande turbulensen så saknar modellen en rationell grund. Denna avhandling behandlar effekten av de cykliska flöderna på de valda numeriska modellerna. LES beräkningarna har bevisats kunna förutsäga medelfältet och fluktuationerna väldigt väl när man jämför med experimentell data. Effekterna som den pulserande avgasströmning har på turboladdarens turbin prestanda har också kunnat fastställas. Både konstant och pulserande inlopps randvillkor har används för turbinfallet, där det senare är ett mer realistiskt representation av den riktiga strömningsbilden innuti avgasgrenröret och turbinen. Resultaten har analyserats på flera olika sätt: snabba Fourier transformer (FFT) i enskilda punkter, medelvärden och statistik på problinjer, area och volumsbaserade metoder så som Proper Orthogonal Decomposition (POD) samt Dynamic Mode Decomposition (DMD). / <p>QC 20140919</p>
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Modélisation d'écoulements atmosphériques stratifiés par Large-Eddy Simulation à l'aide de Code_Saturne / Large-eddy simulation of stratified atmospheric flows with the CFD code Code_SaturneDall'Ozzo, Cédric 14 June 2013 (has links)
La modélisation par simulation des grandes échelles (Large-Eddy Simulation - LES) des processus physiques régissant la couche limite atmosphérique (CLA) demeure complexe de part la difficulté des modèles à capter l'évolution de la turbulence entre différentes conditions de stratification. De ce fait, l'étude LES du cycle diurne complet de la CLA comprenant des situations convectives la journée et des conditions stables la nuit est très peu documenté. La simulation de la couche limite stable où la turbulence est faible, intermittente et qui est caractérisée par des structures turbulentes de petite taille est tout particulièrement compliquée. En conséquence, la capacité de la LES à bien reproduire les conditions météorologiques de la CLA, notamment en situation stable, est étudiée à l'aide du code de mécanique des fluides développé par EDF R&D, Code_Saturne. Dans une première étude, le modèle LES est validé sur un cas de couche limite convective quasi stationnaire sur terrain homogène. L'influence des modèles sous-maille de Smagorinsky, Germano-Lilly, Wong-Lilly et WALE (Wall-Adapting Local Eddy-viscosity) ainsi que la sensibilité aux méthodes de paramétrisation sur les champs moyens, les flux et les variances est discutées. Dans une seconde étude le cycle diurne complet de la CLA pendant la campagne de mesure Wangara est modélisé. L'écart aux mesures étant faible le jour, ce travail se concentre sur les difficultés rencontrées la nuit à bien modéliser la couche limite stable. L'impact de différents modèles sous-maille ainsi que la sensibilité au coefficient de Smagorinsky ont été analysés. Par l'intermédiaire d'un couplage radiatif réalisé en LES, les répercussions du rayonnement infrarouge et solaire sur le jet de basse couche nocturne et le gradient thermique près de la surface sont exposées. De plus l'adaptation de la résolution du domaine à l'intensité de la turbulence et la forte stabilité atmosphérique durant l'expérience Wangara sont commentées. Enfin un examen des oscillations numériques inhérentes à Code_Saturne est réalisé afin d'en limiter les effets / Large-eddy simulation (LES) of the physical processes in the atmospheric boundary layer (ABL) remains a complex subject. LES models have difficulties to capture the evolution of the turbulence in different conditions of stratification. Consequently, LES of the whole diurnal cycle of the ABL including convetive situations in daytime and stable situations in the night time is seldom documented. The simulation of the stable atmospheric boundary layer which is characterized by small eddies and by weak and sporadic turbulence is espacialy difficult. Therefore The LES ability to well reproduce real meteorological conditions, particularly in stable situations, is studied with the CFD code developed by EDF R&D, Code_Saturne. The first study consist in validate LES on a quasi-steady state convective case with homogeneous terrain. The influence of the subgrid-scale models (Smagorinsky model, Germano-Lilly model, Wong-Lilly model and Wall-Adapting Local Eddy-viscosity model) and the sensitivity to the parametrization method on the mean fields, flux and variances are discussed.In a second study, the diurnal cycle of the ABL during Wangara experiment is simulated. The deviation from the measurement is weak during the day, so this work is focused on the difficulties met during the night to simulate the stable atmospheric boundary layer. The impact of the different subgrid-scale models and the sensitivity to the Smagorinsky constant are been analysed. By coupling radiative forcing with LES, the consequences of infra-red and solar radiation on the nocturnal low level jet and on thermal gradient, close to the surface, are exposed. More, enhancement of the domain resolution to the turbulence intensity and the strong atmospheric stability during the Wangara experiment are analysed. Finally, a study of the numerical oscillations inherent to Code_Saturne is realized in order to decrease their effects
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Hector the convector archétype des orages tropicaux hydratant la stratosphère / Hector the convector, the epitome of the tropical convection that hydrates the stratosphereDauhut, Thibaut 14 November 2016 (has links)
Les orages tropicaux jouent un rôle incertain dans le transport de l'air troposphérique dans la stratosphère limitant notre capacité à prévoir le climat futur. Le transport par les orages pourrait en effet être sous-estimé dans les modèles de climat aux résolutions trop grossières. L'efficacité de ce transport est analysée à partir de simulations numériques de l'orage Hector the Convector jusqu'à une résolution de 100 m, la plus fine jamais utilisée pour un cas de convection très profonde. Les percées nuageuses, qui avaient été observées à son sommet à 18 km d'altitude, sont reproduites et l'hydratation nette de la stratosphère est quantifiée. La contribution des orages tropicaux au flux d'eau de la troposphère à la stratosphère est ainsi estimée à près de 20 %. La quasi-convergence aux résolutions de 200 m et 100 m suggère que de telles résolutions sont nécessaires pour représenter correctement les ascendances. L'analyse individuelle des ascendances indique que les deux plus grandes contribuent à plus de 90 % du flux de masse vers la basse stratosphère. Elles sont plus larges, plus puissantes et contiennent plus d'eau que les plus grandes ascendances une heure avant et une heure après, et leur cœur convectif apparaît très peu dilué. L'alimentation en surface par des lignes de convergence intensifiées par des poches froides et la faible dilution des deux plus grandes ascendances sont déterminantes dans l'apparition de la convection très profonde. L'analyse isentropique de la circulation générale dans Hector confirme le flux de masse calculé par l'analyse des ascendances. Elle le corrige dans les basses couches en prenant en compte les flux turbulents, et en haute troposphère en filtrant les ondes de gravité. Elle met en évidence l'importance du dégagement de chaleur latente dû à la congélation dans les plus grandes ascendances pendant la phase de percée en stratosphère. / The tropical thunderstorms play an uncertain role in the transport of tropospheric air into the stratosphere, limiting our capability to predict the future climate. The transport by the thunderstorms may be underestimated by the climate models, due to their coarse resolutions. The efficiency of this transport is analysed using numerical simulations of the thunderstorm Hector the Convector with resolutions down to 100 m, the finest ever used for a case of very deep convection. The overshoots, that were observed at its top at 18 km altitude, are captured and the net hydration of the stratosphere is quantified. The contribution of the tropical thunderstorms to the water flux from the troposphere to the stratosphere is then estimated to about 20 %. The almost convergence at 200 m and 100 m suggests that such resolutions are necessary to correctly represent the updafts. The individual analysis of the updrafts indicates that the two tallest contribute beyond 90 % of the mass flux into the stratosphere. They are larger, more vigorous and contain more water than the tallest updrafts one hour before and one hour after, and their convective core was weakly diluted. The supply from the surface by the convergence lines, intensified by the cold pools, and the weak dilution of the two tallest updrafts are determinant for the development of very deep convection. The isentropic analysis of the overturning inside Hector confirms the mass flux computed with the updrafts analysis. It corrects the estimate in the lower troposphere by taking into account the turbulent flux, and in the upper troposphere by filtering out the gravity waves. It highlights the importance of the latent heating due to freezing in the two tallest updrafts during the phase of overshoot in the stratosphere.
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Kinetic Theory Based Numerical Schemes for Incompressible FlowsRuhi, Ankit January 2016 (has links) (PDF)
Turbulence is an open and challenging problem for mathematical approaches, physical modeling and numerical simulations. Numerical solutions contribute significantly to the understand of the nature and effects of turbulence. The focus of this thesis is the development of appropriate numerical methods for the computer simulation of turbulent flows. Many of the existing approaches to turbulence utilize analogies from kinetic theory. Degond & Lemou (J. Math. Fluid Mech., 4, 257-284, 2002) derived a k-✏ type turbulence model completely from kinetic theoretic framework. In the first part of this thesis, a numerical method is developed for the computer simulation based on this model. The Boltzmann equation used in the model has an isotropic, relaxation collision operator. The relaxation time in the collision operator depends on the microscopic turbulent energy, making it difficult to construct an efficient numerical scheme. In order to achieve the desired numerical efficiency, an appropriate change of frame is applied. This introduces a stiff relaxation source term in the equations and the concept of asymptotic preserving schemes is then applied to tackle the stiffness. Some simple numerical tests are introduced to validate the new scheme. In the second part of this thesis, alternative approaches are sought for more efficient numerical techniques. The Lattice Boltzmann Relaxation Scheme (LBRS) is a novel method developed recently by Rohan Deshmukh and S.V. Raghuram Rao for simulating compressible flows. Two different approaches for the construction of implicit sub grid scale -like models as Implicit Large Eddy Simulation (ILES) methods, based on LBRS, are proposed and are tested for Burgers turbulence, or Burgulence. The test cases are solved over a largely varying Reynolds number, demonstrating the efficiency of this new ILES-LBRS approach. In the third part of the thesis, as an approach towards the extension of ILES-LBRS to incompressible flows, an artificial compressibility
model of LBRS is proposed. The modified framework, LBRS-ACM is then tested for standard viscous incompressible flow test cases.
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Large Eddy Simulation Studies of Island Effects in the Caribbean Trade Wind RegionJähn, Michael 01 March 2016 (has links)
In dieser Dissertation wird das kompressible, nicht-hydrostatische und dreidimensionale Modell
All Scale Atmospheric Model (ASAM) für Grobstruktur- bzw.
Large-Eddy-Simulationen (LES) angewendet, um lokale
Inseleffekte in der karibischen Passatwindzone zu untersuchen.
Da das Modell bis dato noch keine Anwendung im Bereich von LES feuchter atmosphärischer
Grenzschichten und heterogener Oberflächen fand, wurden einige Bestandteile zum Modellcode
hinzugefügt oder überarbeitet. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf das Einbeziehen orographischer
Strukturen mittels angeschnittener Zellen (engl. cut cells). Sowohl die räumliche und zeitliche
Diskretisierung der Modellgleichungen als auch die nötigen physikalischen Parameterisierungen werden
in einer umfassenden Modellbeschreibung zusammengefasst. Die Robustheit und Stabilität der Modellformulierung
wird durch eine Reihe von Simulationen idealisierter Testfälle bestätigt.
Large-Eddy-Simulationen werden für das Gebiet der Karibikinsel Barbados
zur Untersuchung von Inseleffekten bezüglich Grenzschichtmodifikation, Wolkenbildung
und vertikaler Durchmischung von Aerosolen durchgeführt. Durch das Vorhandensein
einer topographisch strukturierten Inseloberfläche in der Mitte des Modellgebietes
muss das Modellsetup offene seitliche Randbedingungen beinhalten. Damit das einströmende
Windfeld konsistent mit der Dynamik einer turbulenten, marinen Grenzschicht ist,
wird eine neue Methode implementiert und angewendet, welche auf Störungen des potentiellen Temperaturfeldes mittels finiter Amplituden basiert.
Beobachtungen aus der SALTRACE-Messkampagne werden benutzt, um die Modellläufe anzutreiben.
Die Ergebnisse einiger Sensitivitätstests zeigen Probleme der Modellierung im Bereich der \"Terra incognita\" auf. Dabei handelt es sich um die Modellierung auf räumlichen Skalen, welche
zwischen denen von LES und wolkenauflösenden Modellen liegen. Außerdem werden Auswirkungen von
entweder turbulent oder laminar anströmenden Windfeldern auf die Simulationsergebnisse untersucht.
Besonders die Wolkeneigenschaften im Lee von Barbados werden in diesen Simulationen merklich
beeinflusst. Ergebnisse einer weiteren Simulation mit einer sehr starken Passatinversion bringt
deren Einfluss auf die Dicke und Höhe der simulierten Wolkenschichten zum Vorschein. Die Veränderung von
Saharastaubschichten, welche Barbados über weiträumigen Transport über den Atlantik erreichen,
wird analysiert. Die Auswirkungen beinhalten sowohl eine Ausdünnung und ein Absinken dieser Schichten
als auch turbulenter Transport in Richtung Erdoberfläche.
Die genaue Position der beeinflussten Schichten und die Stärke des turbulenten Mischens
werden hauptsächlich von der atmosphärischen Schichtung, der Inversionsstärke und Windscherung
gesteuert. Vergleiche zwischen den LES-Modellergebnissen und Daten aus Doppler-Windlidarmessungen
zeigen gute Übereinstimmungen in der Formierung der konvektiven Strukturen tagsüber und
des Vertikalwindfeldes. / In this thesis, the fully compressible, three-dimensional,
nonhydrostatic atmospheric model called All Scale Atmospheric Model
(ASAM) is utilized for large eddy simulations (LES)
to investigate local island effects at the Caribbean.
Since the model has not been applied to LES for moist boundary layers
and heterogeneous surfaces so far, several parts are added to the model code
or reworked. A special focus lies on the inclusion of orographical structures
via the cut cell method. Spatial and temporal discretization as well as
necessary physical parameterizations are summarized in a thorough model description.
The robustness of the model formulation is confirmed by a set of idealized
test case simulations.
Large eddy simulations are performed for the area of the Caribbean island Barbados to investigate
island effects on boundary layer modification, cloud generation and vertical mixing of aerosols.
Due to the presence of a topographically structured island surface in the domain center,
the model setup has to be designed with open lateral boundaries.
In order to generate inflow turbulence consistent with the upstream marine boundary layer forcing,
the newly developed cell perturbation method based on finite amplitude perturbations is applied.
Observations from the SALTRACE field campaign are used to initialize the model runs.
Several numerical sensitivity tests are carried out
to demonstrate the problems related to \"gray zone modeling\" beyond LES scales
or when the turbulent marine boundary layer flow
is replaced by laminar winds. Especially cloud properties west of Barbados (downwind)
are markedly affected in these simulations.
Results of an additional simulation with a strong trade-wind inversion
reveal its effect on cloud layer depth and height.
The modification of Saharan dust layers reaching Barbados via
long-range transport over the North Atlantic is analyzed.
Effects of layer thinning, subsidence and turbulent downward transport
near the layer bottom become apparent.
The position of these layers and strength of downward mixing is found
to be mainly controlled atmospheric stability, inversion strength and wind shear.
Comparisons of LES model output with wind lidar data show similarities in the
formation of the daytime convective plume and the vertical wind structure.
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Micrometeorological measurements and numerical simulations of turbulence and evapotranspiration over agroforestryMarkwitz, Christian 25 February 2021 (has links)
No description available.
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Effects of Rotation on the Flow Structure in a Compressor CascadeVentosa-Molina, Jordi, Koppe, Björn, Lange, Martin, Mailach, Ronald, Fröhlich, Jochen 08 May 2023 (has links)
In turbomachines, rotors and stators differ by the rotation of the former. Hence, half of each stage is directly influenced by rotation effects. The influence of rotation on the flow structure and its impact on the performance is studied through wall-resolving large Eddy simulations of a rotor with large relative tip gap size. The simulations are performed in a rotating frame with rotation accounted for through a Coriolis force term. In a first step, experimental results are used to provide validation. The main part of the study is the comparison of the results from two simulations, one representing the rotating configuration and one with the Coriolis force removed, without any other change. This setup allows a very clean assessment of the influence of rotation. The turbulence-resolving approach ensures that the turbulent flow features are well represented. The results show a significant impact of rotation on the secondary flow. In the tip region, the tip leakage vortex is enlarged and destabilized. Inside the tip gap, the flow is altered as well, with uniformization in the rotating case. At the blade midspan, no significant effects are observed on the suction side, while an earlier transition to turbulence is found on the pressure side. Near the hub, rotation effects are shown to reduce the corner separation significantly.
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