粗网格大涡模拟中各向异性亚格子应力的分析

本研究讨论了在采用粗网格分辨率对湍流剪切流进行大涡模拟（LES）时各向异性亚格子（SGS）应力的必要性。我们将SGS应力分解为两部分，以观察SGS应力在湍流剪切流中的作用，以及网格尺度（GS或解析尺度）与SGS之间的能量传递。其一为各向同性涡黏项，贡献于能量传递；其二为残余各向异性项，与能量传递分离。我们研究了伴随SGS应力分解的湍流槽道流中GS雷诺应力的收支方程。此外，我们考察了中等与粗滤波尺度情形；传统涡黏模型对中等滤波情形能较好预测平均速度剖面，而在粗滤波情形下失效。GS湍动能收支表明，各向异性SGS应力对能量传递的贡献可忽略。相反，当滤波尺度较大时，各向异性应力对GS雷诺应力的流向与展向分量有显著且非耗散的贡献。即便在中等尺寸滤波情形下，各向异性应力也对展向GS雷诺应力收支有正向贡献。收支的谱分析显示，该正向贡献在尺度上与近壁区条带间距一致处最为突出。因此，我们推断各向异性应力有助于相干结构的生成机制。预测各向异性应力对收支的正向贡献是进一步改进SGS模型的关键。