被动标量湍流的约束亚格子模型

本文采用约束大涡模拟(C-LES)模型来模拟湍流中的被动标量.通过施加一个基于被动标量大涡模拟(LES)中标量方差通量标度不变量的物理约束来计算动态混合非线性模型(MNLM)的系数.将约束亚格子(SGS)模型与不同的SGS模型在不可压各向同性湍流被动标量中进行比较.此外,C-LES模型减少了SGS标量方差通量在惯性-对流尺度以及较大的黏性-扩散尺度上的变化.先验测试表明,C-LES模型在预测SGS标量通量的方向和大小方面表现最好.此外,C-LES模型减少了SGS标量方差通量在惯性-对流范围内以及粘性-扩散范围内大尺度的变化.在后验测试中,与传统的动态Smagorinsky(DSM)和MNLM模型相比,C-LES模型在预测标量谱和内部间歇性的演变中表现明显更好.这些结果表明,在SGS模型中施加物理约束是在被动标量湍流大涡模拟中的一种有前途的方法.

Lewis数和Karlovitz数对湍流动能和拟能输运方程的影响

本文通过考虑复杂化学的三维直接数值模拟(DNS),研究了氢火焰(Lewis数约为0.4)和十二烷火焰(Lewis数约为4.2)中的湍动能(TKE)与拟涡能输运方程的统计行为.算例中,Karlovitz(Ka)数在4到150之间,涉及薄反应区和破碎反应区.对湍动能与拟涡能输运方程进行了收支分析,并重新验证了过往文献中的标度项.高Ka数下,粘性耗散项是湍动能平衡中最重要的项,而拟涡能输运方程中的主导项则是粘性耗散项与涡拉伸项,这一性质与薄反应区火焰相似.湍动能输运方程中的速度-压强梯度项和平均速度膨胀项,以及拟涡能输运方程中的膨胀项则受Lewis数的影响.本文提出了受Lewis数影响项的修正标度估计,以解释不同燃烧状态下的Lewis数效应.这项工作表明,Kolmogorov的第一假设并不适用于本文所研究的低Ka数火焰,这类火焰中涡拉伸项与粘性耗散项并不与局部耗散率与粘性呈比例关系.当Ka数足够高时,涡量可以用Kolmogorov时间尺度来衡量,平均拟涡能值接近均匀各向同性的非反应湍流,但较低的Lewis数的燃料需要更高的Ka数才能实现这一点.