一种基于冯卡门尺度的湍流模式在模拟稳态和非稳态流动问题中的应用

采用尺度自适应模型(SAS)对稳态和非稳态流动进行了数值仿真。SAS模型有效解决了传统脱体涡数值模拟(DES)方法在网格加密过程中引发的"附面层速度型偏离对数率"的问题;同时,SAS模型的尺度自解效应也赋予了该方法类LES特征,可以在不出现非物理解的前提下有效地释放当地脉动。通过高雷诺数平板边界层模拟,SAS方法在附面层内模拟的速度型分布与理论值贴合得很好,说明该方法对于稳态流动的求解并未偏离RANS模型;同时,在串联双圆柱算例中,SAS方法对于圆柱表面压力分布的预测精度高于其他稳态和非稳态模型,Q云图也显示出该方法的类LES特征。算例结果证明了SAS方法有着一定的工程使用价值。

尺度自适应模拟的网格尺度关联分析

采用尺度自适应模拟(SAS)对雷诺数3900的圆柱绕流展开数值模拟,对比分离涡模拟(DES)的计算结果和已有文献中的实验数据,系统研究了SAS和网格尺度的关联性问题。详细研究了不同网格分辨率和展向计算域的影响,分析了冯卡门尺度在尾迹区的时均湍流统计特性和瞬时分布规律。结果表明:在相同的网格分辨率下,SAS预测的回流区长度小于大涡模拟(LES),表现出较早的剪切层失稳;网格加密后,SAS预测的回流速度增大、雷诺应力峰值降低,计算结果与Lourenco&Shih的实验结果相接近。此外,在相同网格分辨率下改变展向计算域大小对SAS结果的影响很小。对SAS的网格尺度关联分析可以为该方法的工业应用提供指导。

XY-SAS模型中不同网格尺度限制器的影响分析

XY-SAS(Xu&Yan Scale Adaptive Simulation)模型通过在SA(Spalart-Allmaras)模型耗散项的湍流尺度中引入基于平均涡量的冯卡门长度尺度,在不稳定流动区域具有类似LES(Large Eddy Simulation)的计算性能,且不存在DES(Detached Eddy Simulation)方法中RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)与LES的交界面问题.由于SAS类模型预测的湍流能谱存在高波数衰减不足的缺陷,需要进一步在湍流尺度中引入网格尺度作为限制器.采用不同形式的网格尺度限制器构造了3种XY-SAS模型,对Re=3 900的圆柱绕流进行数值模拟,并与DES及实验数据进行比较.结果表明网格尺度限制器对XY-SAS模型的计算性能有较大影响,以最小网格间距作为高波数衰减限制器是较为合理的选择,此时模型对于大分离流动能够达到DES的模拟能力.