数值模拟大气边界层中解决壁面函数问题方法研究

在雷诺平均N-S方程湍流模型框架内,壁面函数常用来模型化壁面附近的低雷诺数流动。探讨基于标准湍流模型数值模拟大气边界层中出现的壁面函数问题。在已有标准壁面函数基础上,通过增加一个附加项来模型化地表上面建筑结构等粗糙元由于大小不一、错乱分布对地表附近空气流动产生的附加影响。通过模拟缩尺比为1∶300的具有较大空气动力学粗糙长度的中性大气边界层,以及缩尺比为1∶50的TTU低矮建筑模型在中性大气边界层内的绕流,对附加项的有效性和使用场合进行评估和说明。结果表明:附加项对于解决壁面函数问题,即在计算域内保持来流边界条件是必要的。

风雪运动数值模拟中自保持平衡边界条件研究

在目前风场自保持性研究的基础上,结合等效物理粗糙高度,给出一类近似满足自保持性的用于风雪运动数值模拟的边界条件。首先结合低温风洞实验室的风雪实验数据,把文献的方法应用于风雪运动数值模拟中。经对比验算发现,文献的方法应用于风雪数值模拟中不能很好满足自保持性。为了进一步满足自保持性要求,引入等效物理粗糙高度,建立起雪跃移高度与等效物理粗糙高度的关系。结果表明:通过引入等效物理粗糙高度,边界条件的自保持特性得到了进一步的提高。最后对该方法的应用进行了推广验证。