用于旋转湍流大涡模拟的非线性亚格子模型
流体动力学
2019-04-30 v1
摘要
旋转湍流对大涡模拟（LES）而言是颇具挑战的测试用例。因此，我们提出并验证了一种用于此类流动的新的亚格子（SGS）模型。所提出的 SGS 模型由一个耗散性的涡黏项以及一个在应变率与旋转率张量中为非线性的非耗散项组成。两个相应的模型系数均为涡拉伸幅值的函数。因此，该模型与 Navier-Stokes 方程及湍流应力的诸多物理与数学性质一致，且易于实现。我们利用一种考虑模型项间相互作用的非动态过程确定了两个模型常数。借助旋转衰减湍流与展向旋转平面槽道流的详尽直接数值模拟（DNS）与 LES，我们揭示出两项模型项分别负责能量的耗散与反级联，且非线性项改善了近固壁处雷诺应力各向异性的预测。我们还表明，新 SGS 模型对旋转衰减湍流提供了良好预测，并在较宽旋转率范围内对展向旋转平面槽道流给出了优异预测（无论细网格还是粗网格分辨率）。此外，在旋转衰减湍流的 LES 中，该新非线性模型表现与动态 Smagorinsky 及缩放各向异性最小耗散模型相当，并在展向旋转平面槽道流的 LES 中优于这些模型，且无需对模型常数进行（动态）自适应或近壁阻尼。
引用
@article{arxiv.1904.12748,
title = {A nonlinear subgrid-scale model for large-eddy simulations of rotating turbulent flows},
author = {Maurits H. Silvis and H. Jane Bae and F. Xavier Trias and Mahdi Abkar and Roel Verstappen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.12748},
year = {2019}
}
备注
41 pages, 15 figures, 3 tables