文档介绍：
第 22 卷
第 2 期空气动力学学报 Vol. 22, No. 2

2004 年 06 月 ACTA AERODYNAMICA SINICA Jun. , 2004
文章编号: 0258
1825( 2004) 02
0121
09
湍流大涡数值模拟进展
崔桂香, 许春晓, 张兆顺
( 清华大学工程力学系, 北京
100084)
摘
要: 本文简要陈述湍流大涡数值模拟的原理、优点, 着重讨论湍流大涡数值模拟方法的关键问题及其可能解决
的途径, 包括脉动的过滤、亚格子模型、近壁模型和标量湍流的大涡数值模拟中的特殊问题。文章强调大涡数值模
拟中亚格子应力的本质是可解尺度湍流和不可解尺度湍流动量间的输运, 并以作者最近提出的新型亚格子模型说
明发展亚格子模型的正确途径。文章最后提出湍流大涡数值模拟近期需要迫切解决的问题和其他具有挑战性的
方向。
关键词: 湍流; 大涡数值模拟; 亚格子模型; 近壁模型; 标量湍流
中
图分类号: V211. 3
文献标识码: A
0
引
言动, 而所有湍流脉动对平均流动的作用, 即雷诺应力,
用模型假设封闭。由于雷诺应力主要由大尺度脉动

复杂流动的准确数值预测是当前航空、航天器研贡献, 而大尺度脉动和流动的几何特性密切相关, 因
究和设计中迫切需要解决的空气动力学前沿问题之此雷诺平均模式不是普适的, 而是和流动有关, 就是
一。随着计算空气动力学方法的不断完善, 计算机品说, 不存在对一切流动都适用的统一模式; 对于不同
质的不断提高, 湍流的数值模拟方法成为提高数值预类型的流动, 模式的形式或系数需要修正, 而这种修
测航天器空气动力特性的瓶颈。正常常带有经验性。所以, 雷诺平均模式不是理想的

目前, 数值预测湍流的方法有: 直接数值模拟封闭方法。
(DNS ) , 大涡数值模拟( LES ) 和雷诺平均模拟
湍流大涡数值模拟是有别于直接数值模拟和雷
(RANS) 。诺平均模式的一种数值预测湍流的方法。这种方法

直接数值模拟( DNS) 是精确数值模拟湍流的方是基于对各种尺度湍流脉动在输运和耗散中作用的
法, 它的主要困难在于湍流是一种不规则多尺度运认识: 大尺度湍流脉动具有主要的能量和动量并支配
动, 无论在空间上或者时间上湍流都有十分宽广谱。湍流脉动的动量和能量输运; 而湍动能的耗散主要发
准确数值模拟湍流既要精确计算大尺度流动; 又要足生在小尺度脉动中[ 1] ; 根据这一认识产生了湍流大涡
够准确地计算小尺度运动。在最简单的各向同性湍数值模拟。它的具体实施方法如下: 首先, 用滤波方
3/ 4
流中湍流的空间尺度有以下估计: L max / l min ~ Re
, 法将小尺度脉动从湍流脉动中去掉, 假设空间任意一
同样最大和最小时间尺度之比 3/ 4 它们
T max/ tmin~ Re
, 点的滤波函数为 G( x - x0) , 最简单的滤波器是盒式
都和流动的泰勒雷诺数 Re
有关。按照上述估计, 空滤波:
9/ 4
间网格数至少应有: N = Nx
Ny
Nz ~ Re
, 运算量 G (
) = 1,
|
i | / 2,
3
超过 Re
,