基于Smagorinsky和Vreman模型的竖通道内旋转热流场大涡模拟

为了确定Vreman亚格子模型对于有侧开缝的竖通道内旋转火焰热流场模拟的适用性,基于一竖通道内旋转火焰实验场景,分别使用基于Smagorinsky和Vreman亚格子模型的大涡模拟技术进行了模拟。通过对所得结果比较确定基于Smagorinsky亚格子模型的大涡模拟技术可以得到与实验吻合的火焰状态,而使用Vreman亚格子模型会在一定程度上低估旋转火焰周围的粘性耗散,从而过高地估计旋转火焰周围的切向速度,使火焰不能保持相对稳定的旋转状态。

基于动态Smagorinsky-MRT-LBM的圆柱绕流湍流研究

采用多松弛格子玻尔兹曼与大涡模拟的动态Smagorinsky亚格子涡粘模型相结合的方法对圆柱绕流湍流进行模拟,研究300至10 000不同雷诺数下的单圆柱绕流湍流涡的周期性变化。研究结果表明:计算所得的斯考特数值和阻力系数值与文献中实验结果以及有限元仿真结果基本一致,说明该方法对于不同雷诺数的湍流模拟是合理的。

A new dynamic formula for determining the coefficient of Smagorinsky model

The most common method to determine the coefficient of Smagorinsky model now is to employ the Germano identity,however it is too complex and expensive in numerical calculation. In this letter we propose a new dynamic formula for determining the coefficient,which is based on the Kolmogorov equation of filtered velocity in physical space.The simplified formula is quite easy to implement in calculation.It is then verified in both homogeneous isotropic turbulence and wall-bounded turbulence by A Priori and A Posteriori tests.

Smagorinsky模型的变分多尺度有限元方法

主要研究求解Smagorinsky模型的变分多尺度有限元方法.从理论上给出了有限元逼近解与真解之间的误差估计,并给出了大雷诺数Re=10 000时的数值算例,算例结果验证了所给方法的有效性.

具有非线性slip边界条件的Smagorinsky模型有限元误差估计

Smagorinsky模型是大涡模拟中常见的数学模型,研究求解了具有非线性slip边界条件的Smagorinsky模型有限元方法,并且根据理论所得的有限元误差估计,设计数值模拟实验,通过六个不同网格尺度下的有限元逼近解与真实解的相对误差验证理论所得结果的准确性.

Smagorinsky常数对扁平箱梁气动特性大涡模拟的影响研究

作为大涡模拟(LES)的唯一模型参数,经验Smagorinsky常数(C_(S))与特定的流动条件有关。为研究扁平箱梁气动特性LES的合理C_(S)取值,开展了C_(S)值在0.032~0.7范围以及动态亚格子黏性模型的多工况LES模拟,通过与风洞试验结果的对比,分析了主梁气动特性随C_(S)值的变化。研究认为:C_(S)值不同时主梁表面压力和气动力的平均值差别不明显,其结果也与风洞试验吻合良好;但C_(S)值的变化对主梁表面压力和气动力的均方根(RMS)值影响明显,结果也与风洞试验存在较大差异,C_(S)值增大导致气动力脉动降低甚至无脉动;LES采用动态亚格子黏性模型无法给出主梁涡脱和表面压力的合理估计。在0.064≤C_(S)≤0.27区间,LES均能给出与风洞试验一致的主梁涡脱单频和St值估计;从捕捉流动的非定常特性考虑,建议C_(S)在上述范围内取小值。研究认为,C_(S)增大导致亚格子湍流黏性增大,流动的耗散作用增强,降低了LES对非定常湍流特性的捕捉能力,导致模拟的气动力脉动量减小。

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。

线性波中二维射流的大涡模拟

采用物理分步法对线性波中二维射流进行了大涡模拟(LES).物理分步法将N-S方程剖分为对流、扩散及波动过程,对不同的物理过程分别采用适宜的方法进行求解.对流过程采用逆风-中心差分格式求解;扩散过程采用中心差分格式求解;压力方程采用SOR迭代法求解.LES模型模拟出了射流的成长过程及表面波的影响过程.表面波的影响使得射流轴线扭曲摆动,加强了射流与周围水体的动量交换.表明了LES理论对紊流细部结构具有独特的数值模拟能力,可望用以解决大量的工程实际问题.

Re=3900圆柱绕流的三维大涡模拟

为研究亚临界雷诺数范围内圆柱绕流流场特性及三维大涡模拟方法的适用性,基于C++语言及有限体积法开发了三维非结构化网格的大涡模拟计算程序.采用新的高稳定性高精度二阶离散格式,及Smagorinsky亚格子模型对Re=3 900均匀来流条件下的圆柱绕流问题进行数值模拟,并统计获得了平均流场参数及湍流流场的详细结构特性.结果表明:采用本文的网格、计算步长和高稳定性二阶离散精度大涡模拟方法计算所得的湍流场一阶统计特性和二阶统计特性与实验值吻合很好.验证了大涡模拟程序在模拟亚临界雷诺数下圆柱绕流流场平均值及脉动值的合理性.

基于MRT-LBM大涡模拟的桥梁气动参数数值仿真

为有效模拟桥梁结构的高雷诺数绕流及拓展格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)在桥梁抗风中的应用,将动态Smagorinsky亚格子涡黏性模型嵌入到多松弛时间格式的LBM中。在LBM中,亚格子涡黏性通过网格滤波和检验滤波两次滤波求得,网格滤波以LBM的格子网格为滤波尺度由LBM的局部非平衡矩直接完成,检验滤波在更大尺度上采用有限差分求解。利用亚格子涡黏性修正LBM的运动黏性,构造了一种可以模拟钝体高雷诺数绕流的LBM大涡模拟方法即MRT-LBM-DSM。采用MRT-LBM-DSM结合LBM的移动边界技术对苏通大桥主梁断面的静力三分力系数和气动导数进行了仿真计算。研究证明,MRT-LBM-DSM可以准确预测湍流流动,可用于桥梁主梁断面的高雷诺数绕流仿真和计算主梁断面的气动参数。

格子Boltzmann亚格子模型的研究

为了将格子Boltzmann法应用于大雷诺数流动的模拟,本文将Smagorinsky亚格子模型和LBGK模型相结合,并对该亚格子LBM模型进行了研究。利用该亚格子LBM模型,对二维顶盖驱动流进行了模拟,得到了若干大雷诺数下流线图和方腔中心线上无量纲速度分布。计算结果与基准解进行比较,两者相互吻合。

方柱绕流的大涡模拟

采用物理分步法对方柱绕流的流动分离现象进行了大涡模拟(LES).物理分步法将N-S方程剖分为对流、扩散及波动过程,对不同的物理过程分别采用适宜的方法进行求解.对流过程采用逆风——中心差分格式求解;扩散过程采用中心差分格式求解;压力方程采用SOR迭代法求解.计算的方柱四周的平均压力系数的分布与物理模型试验结果吻合良好;模拟的流动现象也得到了物理模型试验的证实.

大涡模拟理论及其应用综述

对大涡模拟(LargeEddySimulation LES)理论的发展过程、基本理论及其应用现状和前景进行了系统的论述,并概要地介绍了运用LES理论,数值模拟方柱绕流的流动分离现象和动量射流与线性波相互作用的数值模拟成果,表明了LES理论对紊流细部结构具有较强的数值模拟能力,可望用以解决大量的工程实际问题.

各向同性紊流能量衰减的大涡模拟(英文)

在多重网格驱动的,高效且得到充分验证的有限体积方法的基础上发展了可压缩流大涡模拟的方法.空间离散采用Jameson的中心格式附加二阶和四阶耗散的方法,时间推进则采用了双时间步长的方法.亚格子剪切应力张量和亚格子热通量用Smagorinsky模型进行模拟.通过对各向同性紊流能量衰减的模拟来验证本方法的准确性和高效性,模拟得到的能量谱和紊流动能衰减历程与过滤后的CBC实验数据吻合良好.

激励小尺度模式在湍流圆管射流中的应用

采用非涡黏性的激励小尺度（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｓｍａｌｌ Ｓｃａｌｅ）模式对空间发展的轴对称湍流圆 管射流进行了大涡模拟，以雷诺数为 １０ ０００的流动为例，考证了激励小尺度模式在自由剪切流 模拟中的可行性，描述了湍流强度、雷诺应力和湍流耗散量的变化，同时与标准的Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ 涡黏性模式的计算结果进行了比较．数值结果显示，激励小尺度模式能够更为合理地描述湍流 的耗散特性和能量传输特性，从而较为准确地展示出空间发展射流中由于流动不稳定而出现的 旋涡产生、发展、破碎及合并等过程。

绕方柱流脉动压力场的大涡模拟

采用有限差分法 ,对雷诺数为 2 2 0 0 0的绕方柱流的脉动压力场进行了三维大涡模拟 .采用时间分解算子法 ,将N S方程分为对流分步、扩散分步和传播分步 ,再分别进行计算 .在大涡模拟中 ,用两层模型处理Smagorinsky模型在近壁区模拟结果的发散问题 .计算的压力场以及阻力系数。

多段翼型大迎角分离流动的DELAYED RANS/LES混合算法

多段翼型的大迎角绕流发生大范围附面层分离,具有明显的三维与非定常流动特性。RANS/LES混合算法继承了LES对流动分离区大尺度漩涡准确模拟的优点,避免了纯LES算法需求网格量巨大与亚格子模型壁面函数不成熟等问题,对分离流动的模拟效果优于RANS算法。以S-A湍流模型与Smagorinsky亚格子模型为基础,借鉴DDES的附面层延迟控制思想,构造了可用于对接网格、重叠网格的DELAYED RANS/LES混合算法。研究了GA(W)-1多段翼型的大迎角分离流动及其气动特性。

圆柱亚临界-临界-超临界流动特性的大涡亚格子模型比较研究

为获取圆柱在亚临界、临界和超临界区内的气动特征,基于大涡模拟并分别采用Smagorinsky亚格子尺度模型和动力亚格子尺度模型计算了Re=4.1×10^4~8.2×10^5内的绕流场.将获得的圆柱定常与非定常气动特性与相关文献进行了对比.研究表明,两种亚格子模型均能给出圆柱升力系数平均值、RMS值和涡脱St数的合理估计,能预测阻力系数的下降.但两种亚格子模型均无法准确预测临界区阻力系数的快速下降、不同Re数下压力系数平均和RMS值在圆柱表面的分布.在临界和超临界区,Smagorinsky亚格子尺度模型可能高估了亚格子湍流粘性;相反,动态亚格子模型可能在流场部分区域明显低估了亚格子湍流粘性.

基于LBM-LES方法的多段翼型流场数值模拟

运用Lattice Boltzmann(LB)方法与Large Eddy Simulation(LES)结合的方法数值模拟研究了二维翼型绕流流场,其中,粒子速度模型采用D2Q9模型,松弛时间中对应的湍流粘性系数由Smagorinsky模型计算,网格生成方法采用无网格技术。对NACA0012翼型进行数值模拟,验证其有效性;为进一步研究其模拟复杂物体绕流的能力,以三段翼型30P30N为研究对象进行数值研究,计算出了给定攻角条件下的气动特性,并与实验值进行比较。计算结果表明,LBM-LES方法的计算结果能够与实验值一致,是一种可行、有效且较新的数值模拟方法。

基于全局动态Vreman模型的复杂非定常湍流的大涡模拟

在湍流数值模拟方法中,大涡模拟方法可以提供丰富的大涡旋信息,已逐渐成为复杂湍流问题数值研究的重要方法。而大涡模拟中,最重要的一环是尽量准确地构建能反映流场物理本质特征的亚格子应力模型。基于该思想,将一种新型的大涡模拟亚格子应力模型-Vreman亚格子应力模型用于高雷诺数三维后台阶流动的求解,计算结果与实验结果进行对比分析结果较吻合,验证了该模型的可靠性。这是对该模型用于无任何均匀流动方向的高雷诺数复杂湍流非定常流动的首次检验,计算结果优于基于传统的Smagorinsky涡粘性的动态亚格子模型。