含外力项的广义格子玻尔兹曼方程用于壁面约束湍流计算

我们提出一个基于广义格子玻尔兹曼方程的框架，采用多松弛时间并含外力项，用于壁面约束湍流的涡捕捉模拟。由于GLBE在使用不同松弛时间方面的灵活性，它非常适合在较粗网格上保持数值稳定性，并提高近壁湍流波动的解保真度。亚格子尺度湍流效应由标准Smagorinsky涡粘模型表示，并采用van Driest壁面阻尼函数对近壁效应进行修正。为了模拟更广泛的问题，我们在GLBE的自然矩空间中引入了通用外力项。推导了SGS模型中使用的应变率张量表达式，该表达式基于GLBE的非平衡矩，以包含此类外力项。通过一种守恒的多块方法，将可变分辨率引入到这一扩展的GLBE框架中。该方法在两个壁面约束的典型流动问题中进行了评估，即基于通道半宽的剪切或摩擦雷诺数(Re)为183.6的充分发展湍流通道流，以及基于腔体边长的Re为12,000的立方腔体内三维剪切驱动流。将详细计算的近壁湍流结构（以各种湍流统计量表示）与可用数据（包括直接数值模拟和实验数据）进行比较，结果吻合良好，数值稳定性特性显著改善。