《壁湍流約束大渦模擬方法的進一步研究》是依託北京大學，由夏振華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：壁湍流約束大渦模擬方法的進一步研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：夏振華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高雷諾數壁湍流是工程設計和套用中非常重要的問題之一。近幾年，北京大學陳十一教授團隊提出了約束大渦模擬方法（CLES）用來模擬這一問題。和傳統的RANS/LES混合方法不同，CLES在全場做LES計算：在靠近壁面的內區，它採用帶約束的亞格線模型，而在外區，它使用傳統的亞格線模型。過去的數值試驗證實了CLES方法模擬壁湍流時的有效性，無論是不可壓縮還是可壓縮，亦或是附著流或分離流。然而，CLES方法尚在基本研究和測試階段，很多細節問題還需要進一步研究。本課題主要目標是進一步研究CLES方法中底層RANS模型和原始的SGS模型的影響，進而選出不可壓縮和可壓縮情況下最優的RANS模型和SGS模型組合，完善CLES方法，推進CLES在工程問題中的套用。在此基礎上，我們還將研究CLES方法對轉捩問題的預測能力，進一步拓展CLES方法的工程問題中的套用範圍和價值。
結題摘要
壁湍流是工程設計和套用中非常常見並且非常重要的問題之一，如何準確模擬這類問題是湍流界的研究熱點之一。近些年，陳十一院士團隊針對這一問題提出了約束大渦模擬方法（CLES）。和傳統的RANS/LES混合方法不同，CLES全場做LES計算，只是在近壁面區域，對亞格線模型進行了約束。過去的數值實驗初步證實了CLES方法在模擬簡單可壓縮/不可壓縮壁湍流時的有效性，但是很多細節問題還需要進一步研究。 本項目首先採用一系列經典算例，包括可壓縮槽道湍流，可壓縮圓柱繞流，周期丘陵繞流，NACA0021翼型的60度攻角繞流，雙圓柱繞流、三角翼繞流等，進一步驗證了CLES方法在模擬可壓縮壁湍流時的有效性。通過這些研究，我們發現底層用來預估總雷諾應力的模型很關鍵。我們建議採用基於DES思想修改過長度尺度的SA模型方程來預估底層的總雷諾應力。此外，SGS模型的影響不明顯，但是Vreman模型可以是一個不錯的選擇。我們還使用CLES方法研究了可壓縮圓柱繞流中馬赫數的影響。我們發現在低雷諾數和高雷諾數時，流動的統計量對於馬赫數的回響是不一樣的。 本項目還針對CLES方法模擬轉捩問題的能力做了試探。我們發現，CLES方法可以用來預測轉捩流動，但是這個時候我們不能用全場充分發展的雷諾應力模型，而需要用考慮了轉捩效應的雷諾應力模型。在時間發展的槽道流中，我們對該問題進行了全面研究，並提出了基於形狀因子和Smagorinsky模型係數的兩種間歇因子模型。新提出的間歇因子能夠很好地刻畫雷諾應力在轉捩過程中的變化，從而使得CLES方法能夠模擬該時間發展的轉捩問題。 此外，我們還針對展向旋轉的槽道湍流和平板Couette湍流開展了一系列直接數值模擬研究，我們發現了在展向旋轉的槽道湍流中，不僅平均速度是線性分布的，其雷諾剪應力，湍動能生成項等都是成線性分布的。而在展向旋轉的平板Couette湍流中，當旋轉數在0.02附近時，中心區流動會存在回流現象。
