约束大涡模拟方法及其在壁湍流中的应用

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本文提出了一种新的模拟壁湍流的方法:约束大涡模拟(CLES)方法。该方法在全流场使用大涡模拟,其中在远离壁面的外区采用传统的亚网格应力模型,而在近壁面的内区则使用带雷诺应力约束的亚网格应力模型。该方法利用LES在近壁区产生足够的小尺度脉动,解决了传统雷诺平均模拟/大涡模拟(RANS/LES)混合方法在近壁区无法模拟小尺度脉动的缺陷。同时利用雷诺应力约束确保近壁区总雷诺应力的准确性,从而确保平均速度型和壁面摩擦系数的正确性。   约束大涡模拟方法被用在槽道湍流,圆柱绕流和周期丘陵湍流的数值计算中。在使用和DES相同网格的条件下,约束大涡模拟方法可以模拟DES方法能够模拟的一切流动。在模拟附着流动时,其效果明显优于DES方法,能够得到更好的平均速度型和壁面摩擦系数,成功地消除了传统RANS/LES混合方法存在的对数区不匹配问题;在模拟分离流动时,它也能给出和DES相当的预测结果。   在模拟复杂流动时,其准确性也依赖于底层的RANS模式。在一些新的RANS/LES混合方法(如DDES,IDDES)的基础上,借助约束的思想可以提出一些更加简单,并且具有物理意义的湍流模型。
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