湍流模型 目前计算流体力学常用的湍流的数值模拟方法主要有以下三种: 直接模拟(direct numerical simulation, DNS) 直接数值模拟(DNS)特点在湍流尺度下的网格尺寸内不引入任何封闭模型的前提下对Navier-Stokes 方程直接求解
这种方法能对湍流流动中最小尺度涡进行求解,要对高度复杂的湍流运动进行直接的数值计算,必须采用很小的时间与空间步长,才能分辨出湍流中详细的空间结构及变化剧烈的时间特性
基于这个原因,DNS 目前仅限于相对低的雷诺数中湍流流动模型
另外,利用 DNS 模型对湍流运动进行直接的数值模拟对计算工具有很高的要求,计算机的内存及计算速度要非常的高,目前 DNS 模型还无法应用于工程数值计算,还不能解决工程实际问题
大涡模拟(large eddy simulation, LES) 大涡模拟(LES)是基于网格尺度封闭模型及对大尺度涡进行直接求解 N-S 方程,其网格尺度比湍流尺度大,可以模拟湍流发展过程的一些细节,但其计算量仍很大,也仅用于比较简单的剪切流运动及管流
大涡模拟的基础是:湍流的脉动与混合主要是由大尺度的涡造成的,大尺度涡是高度的非各向同性,而且随流动的情形而异
大尺度的涡通过相互作用把能量传递给小尺度的涡,而小尺度的涡旋主要起到耗散能量的作用,几乎是各向同性的
这些对涡旋的认识基础就导致了大涡模拟方法的产生
Les 大涡模拟采用非稳态的 N-S 方程直接模拟大尺度涡,但不计算小尺度涡,小涡对大涡的影响通过近似的模拟来考虑,这种影响称为亚格子Reynolds 应力模型
大多数亚格子Reynolds 模型都是将湍流脉动所造成的影响用一个湍流粘性系数,既粘涡性来描述
LES 对计算机的容量和CPU 的要求虽然仍然很高,但是远远低于 DNS 方法对计算机的要求,因而近年来的研究与应用日趋广泛
应用 Reynol