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      力學所在新型大渦模擬模型構建與應用研究方面取得進展

      作者:于長平 2022-09-06 08:15 來源:
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      隨著計算機技術的快速發展,大渦模擬逐漸成為湍流模擬的主要手段,并在湍流理論研究以及航空航天、海洋工程等領域發揮了至關重要的作用。但迄今為止,仍有一系列關鍵問題阻礙著大渦模擬研究的順利發展,比如模型的穩定性與高保真性無法兼顧的問題、傳統建模囿于湍流慣性子區、可壓縮湍流及轉捩預測精度不足等問題。

      針對當前大渦模擬建模遇到的難題,中科院力學所空天飛行器流動數值模擬課題組近期利用多物理場對傳統的渦粘模型進行多重約束得到了新的準動態大渦模擬模型,并基于“亞格子能流是湍流級串的核心物理量”(Moser et al. Annu. Rev. Fluid Mech.(2021), 53 (1), 255–286)認識,亞格子能流首先被引入來約束亞格子模型,考慮到?;蟮膩喐褡幽芰飨禂档牟欢ㄐ?,引入了附加的亞格子動能對其進行約束,由此產生的額外未封閉項均以亞格子能流的方式分別建模。同時,濾波后的可壓縮N-S方程中的其它未封閉項也采用類似的思想來約束建模。通過該建模方法,在不需要二次濾波的情況下每個時刻、每個局部位置都具有一個確定的動態系數。新模型針對可壓縮湍流方程中的未封閉項重新單獨建模,兼具穩定性與高保真性,同時也突破了慣性子區的限制具有一定的尺度自適應性,可直接推廣到具有復雜幾何外形的工程湍流模擬。

      新模型在典型可壓縮壁湍流的驗證中也表現出了優異的性能。與此同時,新模型已應用于匯聚幾何界面RM不穩定性所致湍流混合問題的模擬以及高超聲速激波/湍流邊界層流動的高熱流問題模擬中,并得到了與真實值(DNS /實驗數據)高度吻合的模擬結果,較當前的主流大渦模擬模型具有明顯優勢。

      該研究成果以“Quasi-dynamic subgrid-scale kinetic energy equation model for large-eddy simulation of compressible flows” 為題發表在 Journal of Fluid Mechanics 雜志上。

      圖1 新模型(QKM)預測壁面摩阻系數隨動量厚度雷諾數分布 圖2 QKM預測RM湍流混合區流體密度分布(t=0.2 ms)

      論文鏈接:http://doi:10.1017/jfm.2022.65.

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