复杂湍流流动的混合RANS∕LES方法研究

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1、第4l卷第1期航空计算技术V01．41No．12011年1月AeronauticalComputingTechniqueJan．2011复杂湍流流动的混合RANS／LES方法研究孙明波，汪洪波，梁剑寒，刘卫东，王振国(国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：混合RANS／LES方法是近年来复杂湍流模拟的重要方法。简要回顾了混合RANS／LES模拟方法的发展历程，着重总结和分析了分离涡混合模型、类MenterSST混合模型以及湍流能量谱一致混合方法三类混合模型的构造方法和发展历程，对这三种方法的应用以及优缺点

2、进行了简要评述，最后指出了混合RANS／LES方法发展应该兼顾的问题，为下一步的混合RANS／LES模拟提供了参考。关键词：湍流流动；混合RANS!LES方法；混合函数；分离涡模拟中图分类号：V435．12文献标识码：A文章编号：1671．654X(2011)01．0024—06EvaluationofHybridRANS／LESMethodologiesforComplexTurbulentFlowSimulationsSUNMing—bo，WANGHong—bo，LIANGJian-han，LIUWei—dong，WANG

3、Zhen-guo(CollegeofAerospaceandMaterialEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)Abstract：HybridRANS／LESstrategyisanimportantmethodforcomplexturbulentflowsimulationsinrecentyears．AreviewofthehybridRANS／LESmethodologydevelopedhistoryispres

4、entedbrieflyinthispaper，andthenthreetypesofhybridRANS／LESmethodologies，whichareDES(DetachedEddySimula-tion)，Menter—SSTsimilarhybridmodelandturbulent—spectrumconsistenthybridmodelrespectively，aresummarized．Thedistinguishedfeaturesandthelimitationsofthesethreetypesofh

5、ybridmodelsareana—lyzedconcisely．Finallytheissuesthatneedseriousconsiderationforhybridmodeldevelopingarepresen—ted．Thispaperprovidesreferencesfordevelopmentandapplicationofhybridmodelstocomplexturbulentflows．Keywords：turbulentflow；hybridRANS／LES；blendingfunction；det

6、achededdysimulation(DES)引言对于湍流流动，通常认为LES(LargeEddySimula．tion：大涡模拟)可以取得比RANS(Reynolds—AveragedNavierStokes)模型更加准确的结果。但是对于诸如高雷诺数流动、壁面湍流流动等问题，LES因为其巨大的计算耗费而在工程应用上不切实际。特别是对于壁面湍流流动，完全捕捉到附面层内拟序结构的演化需要非常精细的网格(网格规模为尺e1。引1

7、，远远高于附面层外流动计算规模胁0‘4)，这对于工程仍然是过高的计算代价。因此，对于近壁区湍流的LES

8、先后提出了多种处理方法。较早Deardorff[2

9、、Schumann[31在LES计算中基于附面层速度分布规律提出壁面函数对近壁区进行处理，Piomelli等H1还进一步考虑了附面层内拟序结构发展对壁面切应力的影响。但是这一类的壁面函数大都是通过附面层对数律来求解壁面应力的，而附面层的对数律对于分离流并不适用，因此这类模型很难应用到复杂湍流流动中去。上世纪90年代中期Balaras等口曲1提出了用于LES壁面处理的两层模型TLM(Two—LayerModel)。TLM在主流中求解过滤后的大涡模拟方程，在附面层内求解了一组简化

10、的附面层方程。TLM基本的假设是近壁面和主流之间的相互影响可忽略不计，这样可在近壁面粗糙网格内插入细网格并在上面求解附面层方程，然后在这两套网格之间收稿日期：2010-09．25基金项目：国家自然科学基金资助项目(90505009)作者简介：孙明波(1980一)，男，河南温县