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湍流计算的多尺度模型与尺度间相互作用规律

高智  
【摘要】:湍流计算的多尺度模型把物理(空间)尺度分为大小尺度,大小尺度(LSS)运动微分-积分方程组通过湍流应力项相耦合。利用该方程组计算了不可压槽道和平面混合层流动的三维时间演化,同时算出平均流速、最大和平均脉动速度。平均速度和平均脉动速度与N—S计算结果一致,N—S计算未能算出最大脉动速度。混合层最大脉动速度突增现象与流动转捩猝发现象相对应。LSS方程计算中,小尺度l_(2f)与大小涡分割尺度l_C之比约为1/2~1/4时,数值解很好收敛;l_(2f)/l_C=1/5未能获得收敛解。解析分析证实:涡尺度介于l_C/3和l_C之间的小涡(称作近程小涡)及介于l_C/2和l_C之间的小涡(定义为共振小涡)分别提供了所有小涡对大涡作用应力的90%和75%,给出近程小涡和共振小涡作用应力的微分表达式;获得微分形式的大小尺度封闭方程组及大尺度运动封闭方程组。对单向剪切湍流,共振作用应力公式简化为Prandtl混合长理论应力公式。给出初步数值计算结果及湍流多尺度模型基本方程组的一般形式。

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