一种表征水力粗糙度的快速直接数值模拟方法

我们描述了一种快速直接数值模拟（DNS）方法，该方法有望直接表征任意给定粗糙表面的水力粗糙度，涵盖从水力光滑区到完全粗糙区的范围。该方法通过采用最小跨度通道（Jimenez & Moin 1991），规避了模拟高雷诺数流动相关的不利计算成本。概念验证模拟表明，最小跨度通道中的流动足以捕捉全跨度通道流动所预测的向下速度偏移，即 Hama 粗糙度函数。我们考虑了两组模拟：第一组采用由体积力施加的模型化粗糙度，第二组采用由符合粗糙度的网格描述的显式粗糙度。由于成本极低，我们能够以增加的粗糙度雷诺数进行 DNS，同时保持典型的全面应用中的固定阻塞比。当前方法有望成为一种实用、快速且准确的工具，可直接根据粗糙表面的轮廓测量数据表征水力阻力。