应用于激波-云相互作用的两方程 RANS 湍流模型的系统比较

湍流模型试图解释流体动力学模拟中未解析的动力学和扩散过程。我们为两方程雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）湍流模型建立了一个通用框架，并在 Athena 代码中实现了六个模型。我们通过标准的亚音速混合层验证了每个实现，尽管吻合程度取决于混合层宽度的定义。然后，我们测试了每个模型在超音速区域的有效性，表明可压缩性修正可以改善与实验的一致性。对于具有浮力效应的模型，我们还通过分层介质中 Rayleigh-Taylor 不稳定性的增长验证了我们的实现。随后，将这些模型应用于天体物理中普遍存在的三维激波-云相互作用。我们重点关注激波与云物质的混合，将湍流模型的结果与高分辨率模拟（每个云半径高达 200 个网格单元）和系综平均模拟进行比较。我们发现湍流模型导致云的扩展和混合增加，尽管没有两个模型预测出相同的结果。在每个半径超过 100 个网格单元的无粘模拟中也观察到混合增加，这表明湍流混合开始被解析。