具有动态张量系数的非布辛涅斯克亚格子模型
流体动力学
2023-05-09 v3
摘要
在大涡模拟中使用的布辛涅斯克型亚格子应力模型的一个主要缺陷是固有地假设大尺度应变率与滤波后的亚格子应力对齐。使用直接数值模拟（DNS）数据的先验分析已表明该假设在局部不成立，因为亚格子应力与大尺度应变率相关性很差[Bardina 等, AIAA 1980; Meneveau 和 Liu, Ann. Rev. Fluid Mech. 2002]。本工作提出一种新的非布辛涅斯克亚格子模型，其模型系数通过动态方式计算。一些先前的非布辛涅斯克模型在提供充足的湍流动能耗散方面存在问题[例如：Bardina 等, AIAA 1980; Clark 等, J. Fluid Mech., 1979; Stolz 和 Adams, Phys. of Fluids, 1999]；然而，本文模型通过动态系数被证明可提供充分的耗散。建模的亚格子雷诺应力满足大涡模拟控制方程的一致性要求，在层流及固体边界处消失，并在湍流边界层的近壁区域具有正确的渐近行为。该新模型被称为动态张量系数 Smagorinsky 模型（DTCSM），已在典型流动的模拟中进行了测试：衰减与强迫均匀各向同性湍流（HIT），以及高雷诺数下的壁面建模湍流槽道流；结果显示与 DNS 数据吻合良好。为评估 DTCSM 在更复杂流动中的表现，进行了高雷诺数下具有光滑体流动分离的 Gaussian 凸包绕流的壁面建模模拟。与 DNS 及实验数据对比的表面压力和壁面摩擦预测表明，相较于现有的静态系数（Vreman）和动态 Smagorinsky 模型，DTCSM 具有更高的精度。
引用
@article{arxiv.2202.05502,
title = {Non-Boussinesq subgrid-scale model with dynamic tensorial coefficients},
author = {Rahul Agrawal and Michael P. Whitmore and Kevin P. Griffin and Sanjeeb T. Bose and Parviz Moin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.05502},
year = {2023}
}
备注
Revised Manuscript, under Review, Physical Review Fluids