不同亚格子模式在后台阶湍流流动大涡模拟中的应用

本文用大涡模拟方法研究了湍流后台阶流场中的大涡演变过程,并在此基础上研究了目前大涡模拟中比较常用的六种亚格子模式。在相同的流动几何参数以及计算条件下,给出了不同亚格子模式下湍流流动瞬时压力场以及流场中瞬时粘性大小的分布,尤其给出了流场瞬时演变的大尺度涡结构。将六种亚格子模式从回流区长度、计算时间、计算结果的准确性和流场稳定性等不同角度进行了比较。为选取合适的亚格子模式深入研究湍流耗散机理奠定了基础。

新型大涡数值模拟亚格子模型及应用

基于湍流大小尺度间动量输运的结构函数方程,提出了一种新的湍流大涡模型(LES)亚格子涡粘模式.新亚格子涡粘系数正比于纵向速度增量的扭率,它表征大小尺度湍流间的能量输运和耗散之比.新模式通过各向同性湍流直接数值模拟数据库的检验,并用于槽道湍流的大涡模拟计算,将所得结果与DNS结果进行了比较.

一种改进后的亚格子特征尺度表达式

针对大涡模拟涡粘性亚格子模式中使用网格尺度为特征尺度存在的不足,提出一种改进的亚格子特征尺度表达式,利用结合Sagaut混合尺度模式获得的改进模式与Smagorinsky模式、Germano模式和Sagaut模式等进行对比研究.时间发展混合层和中性大气边界层的大涡模拟结果表明,改进的有效亚格子特征尺度能合理反映亚格子脉动的时空分布特性,同时扩展了适用范围.在对耗散程度、流动演化过程、可解湍流强度和可解雷诺应力等方面的模拟,改进模式优于基准模式,表明亚格子脉动有效特征尺度在大涡模拟中具有一定的理论基础和广泛的应用价值.

亚临界雷诺数下圆柱绕流的大涡模拟

本文应用Smagorinsky涡粘性模式和二阶精度的有限体积法对圆柱绕流的流场进行大涡模拟．求解了非正交曲线坐标系下的N-S方程，对雷诺数为100和20000的工况进行了计算．计算结果与实验及动力涡粘性模式的结果进行了比较。

大涡模拟及其在湍流燃烧中的应用

大涡模拟作为一种研究湍流流动和湍流燃烧的有效手段，在国际上已经得到广泛应用．本文在回顾了大涡模拟（ＬＥＳ）的基本思想及其实施方法的基础上着重介绍了前人在大涡模拟的亚格子湍流模式和亚格子燃烧模式中的研究成果，同时给出了采用不同亚格子模式的大涡模拟在湍流燃烧中的应用实例，指出了大涡模拟在湍流燃烧中的重要作用，为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考。

双圆柱绕流的大涡模拟

基于FLUENT软件平台上的三维大涡模拟方法,对定常来流流场中的单圆柱及不同排列形式的双圆柱进行了水动力计算,并对圆柱周围的瞬时流场、时均流场以及圆柱受力进行了分析。分析结果表明,当Re=6×104时,串列双圆柱中上游圆柱受力明显大于下游圆柱,下游圆柱Cd、Cl的变化频率满足fd=2fl,两圆柱的脱涡频率近似相等,涡街的相位相同;并列双圆柱的Cd基本相等,且变化趋势有一定相似性,脱涡频率均接近单个圆柱,涡街的相位相反;交错45°排列的两个圆柱Cd基本相等,脱涡频率接近,下游圆柱的涡街相位明显滞后于上游圆柱。

湍流数值模拟方法及其特点分析

结合近年来国内外学者的研究,着重从基本思想、基础理论等方面对湍流数值模拟进行了特点比较及适用性分析,湍流数值模拟方法仍处于不断的完善与探索阶段,通过分析,文章最后指出了今后可能获得突破性进展的复杂湍流探索方向。

大涡模拟理论进展及其在工程中的应用

介绍了大涡模拟的理论进展和发展趋势 ,给出了大涡模拟的常用滤波函数和模型。针对国内外的研究现状 ,描述了当前大涡模拟在工程中的具体应用。

植被层湍流的大涡模拟

研究植被层湍流的大涡模拟，发展了一个TSF（transientstructurefunction）亚格于模式，尽可能真实地处理植被湍流这种既有强剪切，又有热对流的流动．我们建立了植被湍流数据库，并进行了较为详细的分析研究．湍流统计量如平均风速剖面、雷诺应力、湍流脉动能等等，与有关观测结果作了对比，符合较好．大涡模拟计算同样发现已由现场观测到的、在强对流情况时出现的温度场斜坡型有组织结构．

壁面在展向作周期运动的槽道湍流的大涡模拟

分别采用3种亚格子模式:传统的Smagorinsky模式、动力Smagorinsky模式和Cui(2004)基于Kolmogorov方程所提出的新模式,对壁面在展向作周期运动的槽道湍流进行了大涡模拟,以考察这3种模式对平均运动为三维、非定常的湍流流动的模拟能力.通过对湍流基本统计量的分析,发现动力模式和新模式都可以较好地预测这种三维非定常的湍流流动;对相位平均的湍流统计量,动力模式的结果略优于新模式;传统的Smagorinsky模式对这种流动的预测结果是最差的.

Pr数对湍流被动标量输运的影响

采用直接数值模拟的方法,研究分子Pг数对湍流被动标量输运的影响,并提供充分的证据证明,湍流Pг数明显依赖于分子Pг数.在算例中,湍流雷诺平均PгT数与分子Pг数的倒数呈线性关系;湍流亚格子Pгt数与分子Pг数的关系较为复杂,在分子Pг数为1附近时,湍流亚格子Pгt数出现极小值.

SST-DES在小分离流动数值模拟中的改进

在基于剪切应力运输(SST,Shear Stress Transport)分离涡模拟(DES,Detached Eddy Simulation)应对小分离流动的数值模拟中,上游雷诺平均方法(RANS,Reynolds Averaged Navier Stokes)区域内较大的涡黏性通过对流扩散方程传递到下游大涡模拟方法(LES,Large Eddy Simulation)区域,导致自由剪切层解析湍流解迟迟得不到发展,剪切层失稳延后,出现强烈的灰区效应.为此将SST-DES中体现LES求解的类亚格子模式重新构造成标准k方程亚格子模式,防止多变量在RANS和LES交界面处对湍流黏性系数的混合影响,最终得到了一种改进的SST-DES方法.采用该方法对AS239翼型小分离数值模拟并与DES和延迟分离涡模拟(DDES,Delayed Detached Eddy Simulation)结果进行对比,可以看出该方法在壁面边界层保留了SST-DDES特性的同时,在尾迹区大大提高了LES的可解能力,显著降低了灰区的影响.

无剪切湍流混合层中被动标量扩散的实验研究

研究被动标量在无剪切湍流混合层中的扩散。实验在风洞中进行,用大小网格尺度比为2∶1的网格实现无剪切湍流混合层,用烟粒子作为测量用的示踪粒子同时作为被动标量形成浓度场,用PIV测量得到速度场同时用Mie散射测量得到高施密特数的浓度场,由此可以计算得到速度和浓度相关,并用实验数据直接检验大涡模拟中亚格子应力Smagorinsky模式和亚格子质量通量梯度模式。

充分发展湍流场中Pr数对被动标量输运的影响

采用直接数值模拟方法,研究壁湍流中分子Pr数对湍流被动标量输运的影响.发现在槽道湍流的外层,湍流雷诺平均普朗特数PrT与分子普朗特数的倒数呈线性关系;湍流亚格子普朗特数PrT与分子普朗特数的关系较为复杂,在分子普朗特数为1附近时,湍流亚格子Prt数出现极小值.

大涡模拟及其在室内空气流动换热中的应用

介绍了国内外大涡模拟的亚格子湍流模式和在室内空气流动换热中的研究现状 ,给出了大涡模拟室内空气流动的应用实例。认为大涡模拟有广阔的发展前景。

气粒湍流流动中考虑重力时颗粒的扩散

对气固两相后台阶流动,利用大涡模拟方法模拟气相场,轨道法模拟颗粒相运动。计算中气相亚格子模式(SGS)采用了标准的Smagorinsky模式。不考虑重力条件,研究了不同入口滑移条件下颗粒的扩散行为,表明颗粒扩散行为与连续相大涡运动行为存在差异。在此基础上深入研究了考虑重力条件时颗粒在流场中的扩散行为。该文工作为在细观框架下进一步研究气固两相相互作用奠定了基础。