基于浸入边界的大尺度涡流模拟中的壁面滑移建模

我们提出了一种用于大尺度涡流（LES）的浸入边界（IB）方法，以模拟复杂壁面的高雷诺数流动。我们称之为浸入边界-模型LES（IBMLES）的方法，通过体积滤波Navier-Stokes方程推导IB体力。该方法也导致次滤波应力（SFS）和残余粘性应力张量的产生，后者被关闭，预计SFS可使用现有模型进行关闭。我们表明，IB体力可通过对壁面滑移速度进行建模来关闭，这两种模型：一种是基于体积滤波Van-Driest速度轮廓的代数模型，另一种是滑移长度模型。我们通过对雷诺数为5200的湍流通道流动的直接数值模拟（DNS）数据进行体积滤波，来为这些模型提供先验分析，并研究该公式中其他术语的行为。我们发现，沿流向壁面滑移速度是显著的，两种模型在体积滤波DNS数据平均意义上表现良好。滑移速度是非均匀的，并且保留了内部或大尺度流动结构的特征，取决于滤波器大小。SFS项类似于传统LES中的项，可能使用现有的SFS模型（如Dynamic-Smagorinsky）进行建模。残余粘性应力显著，因此必须在IBMLES中考虑。我们使用多种滤波器类型进行滤波，发现只要符合本框架中的假设，滤波器内核的选择对结果影响不大。