收稿日期:2006-03-01作者简介:路明(1975-),男,山东菏泽人,讲师,硕士研究生,从事水力学、螺旋流教学与研究。文章编号:1007-6743(2006)02-00106-05湍流数值模拟方法及其特点分析路明1,2,孙西欢2,李彦军1,范志高1(1.河北工程大学水电学院,河北邯郸056001;2.太原理工大学,山西太原030024)摘要:结合近年来国内外学者的研究,着重从基本思想、基础理论等方面对湍流数值模拟进行了特点比较及适用性分析,湍流数值模拟方法仍处于不断的完善与探索阶段,通过分析,文章最后指出了今后可能获得突破性进展的复杂湍流探索方向。关键词:湍流;数值模拟;N-S方程;湍流模型;亚格子模式中图分类号:O357.5文献标识码:A湍流是自然界当中普遍存在的一种非常复杂的流动现象,但人们对湍流机理的认识及其数值模拟方法至今仍处于探索阶段。包括已故诺贝尔奖获得者Feynman在内的好几位物理学家认为,湍流是经典物理学中尚未得到解决的最后一个大难题。人们用现代的理论和方法系统地研究湍流现象始于19世纪末,O.Reynolds提出统计平均方法是湍流研究的起点[1]。一个多世纪以来,尽管在湍流本质认识和实际应用方面,湍流研究都取得了很大的进步,但是随着计算流体力学及计算空气动力学方法的不断完善,计算机性能的不断提高,湍流的数值模拟方法已成为阻碍人们应用N-S方程进行水流运动特性分析、管道螺旋流水力输送研究[2]、飞机设计等的瓶颈之一。对湍流基础研究的进展,可以直接促进许多实际工程及科学应用的进步。目前,湍流数值模拟的方法有:直接数值模拟(DirectNumericalSimulation,DNS)、雷诺平均模拟(ReynoldsAveragedNavier-Stokes,RANS)和大涡数值模拟(LargeEddySimulation,LES)。1直接数值模拟(DNS)DNS依据非稳态的N-S方程对湍流进行直接模拟,计算包括脉动在内的湍流所有瞬时运动量在三维空间中的演变。1.1控制方程用非稳态的N-S方程对紊流进行直接计算,控制方程以张量形式给出:9ui9t+uj9ui9xj=fi-1ρ9p9xi+v92ui9xj9xj(1)9ui9xj=0(2)1.2主要方法1.2.1谱方法或伪谱方法所谓谱方法或伪谱方法,粗略地说,就是将各未知函数对空间变量展开,成为以下形式:V(x,t)=∑m
