衰减旋转分层湍流中基于涡黏模型的评估
流体动力学
2023-08-17 v1
摘要
本文报道了使用三种亚格子尺度模型（即常系数 Smagorinsky、动态 Smagorinsky 和动态 Clark 模型）对无强迫、采用大尺度各向同性初始条件的旋转分层湍流进行大涡模拟（LES）的结果。将 LES 结果与自研直接数值模拟（DNS）进行比较，以确定网格无关性要求。选取了 Brunt-Vaisala 频率与惯性波频率之比 N / f 变化的三个算例来评估 LES 模型的性能。雷诺数和 N / f 分别选为：(a) 算例 1：Re = 3704，N / f = 5；(b) 算例 2：Re = 6667，N / f = 40；(c) 算例 3：Re = 6667，N / f = 138。该框架用于说明地球物理流中观察到的层结与旋转的的相对量级。分析了包括湍流动能（tke）、湍流势能（tpe）、总耗散、势能和总能量谱及其通量在内的各种量，以理解各 LES 模型的预测能力。结果表明，所有 SGS 模型预测非常相似，其中经典 Smagorinsky 模型与 DNS 偏差最大。N / f 值增大的影响也体现在 LES 结果中：tke 和 tpe 演化中振荡增强，耗散减小。谱分析显示，动态 Clark 和 Smagorinsky 模型预测了大尺度物理（\kappa < 10），而小尺度（10 < \kappa < 64）能量被低估。
引用
@article{arxiv.2308.07978,
title = {Evaluation of eddy viscosity-based models in decaying rotating stratified turbulence},
author = {Kiran Jadhav and Rahul Agrawal and Abhilash J. Chandy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.07978},
year = {2023}
}
备注
12 pages, 10 figures