宏观强迫方法：一种用于湍流建模与闭合分析的工具

本研究提出了一种我们称之为宏观强迫方法（MFM）的数值程序，该方法揭示了作用于由底层涨落流输运的量的平均场上的微分算子。具体而言，MFM 能够精确确定涡扩散算子，或更广义地说，它能够揭示与标量和动量输运的湍流闭合相关的微分算子。我们通过考虑复杂度递增的典型问题来展示该方法。从平行流中被动标量弥散这一著名问题出发，我们阐明了利用 MFM 定量确定涡黏性算子的基本步骤。利用傅里叶空间中的算子表示，我们获得了一个独立的紧凑解析算子，能够准确捕捉非局部混合效应。此外，我们开发了一种用于分析非均匀与壁面有界流的低成本通用化 MFM，并通过一个示例进行了全面讨论。通过引入广义动量输运方程，从理论上构建了 MFM 用于动量输运分析的扩展。我们表明，通过该方程 MFM 分析获得的闭合算子提供了由 Navier-Stokes 方程平均得到的精确 RANS 解。我们引入 MFM 作为一种有效工具，用于定量理解非 Boussinesq 效应并评估湍流闭合中的模型形式，特别是与宏观混合的各向异性和非局部性相关的效应。