应用结构系综理论发展壁湍流工程湍流模型

本文综述结构系综理论(Structural Ensemble Dynamics,SED)在湍流模型研究上的进展.SED研究壁湍流在系综统计层面的对称性规律.借助反映系统对称性变化的序函数新概念,SED给出了壁湍流平均场的解析刻画,为分析和修正湍流模型奠定了基础.本文以k-?模型和Baldwin&Lomax(BL)模型为例,展示了将SED应用到发展壁湍流工程模型.新的SED-k-?模型首次实现了对圆管平均速度和(流向)湍动能剖面的同时精确预测(精度高于99%).该结果一方面支撑了新近提出的0.45的普适卡门常数,另一方面确认了存在一个中间层,对应于最近学界广泛关注的湍动能第二峰值.SED-stress-length模型给出了不同马赫数下平板湍流边界层平均速度和温度(密度)剖面的高精度预测,比BL模型提高了近十个百分点.以上结果提供了湍流模型研究的新框架,即通过参照SED对模型背后的多层结构图像进行定量修正,由此大幅提高预测精度,尤其是把模型经验参数用具有明确物理意义的多层结构参数解析表达,从而有望解决复杂流动计算时参数调节的核心困难.