一种用于研究黏性液体上初生风生波演化的 VOF-RANS 联合方法

近期的实验室实验表明，通过将承载液体的黏度变化数个数量级，可获得关于风驱动表面波生成中物理过程的重要见解。本文报告了一种配套方法的发展，旨在通过数值模拟研究类似现象。在回顾现有方案后，我们选用并发展了一种基于流体体积法追踪气液界面演化，以及补充了湍流模型的二维雷诺平均 Navier-Stokes 方程来预测两流体中速度与压力场的方法。我们考察了此种表述有意义的数学与物理框架，并采用一方程 Spalart-Allmaras 模型封闭控制动量方程，该模型直接求解涡黏度的输运方程。为此，我们假设界面相对于空气中的湍流脉动表现为刚性壁面，并实现一种通用算法以计算到界面的局部距离而不论其形状如何。我们首先在流过波浪刚性壁面的单相配置中评估该模型的性能，这与风浪生成具有特定相关性。接着，我们讨论两相模拟中使用的初始化方案，其涉及施加于界面位置的白噪声分布。最后，我们给出若干在多种风速与不同黏度液体下获得的界面演化示例。