分层剪切层的二阶矩闭合建模与DNS
流体动力学
2021-07-27 v1
摘要
浮力剪切层见于众多工程与环境应用，数十年来研究者从实验与建模角度对其展开研究。这些流动常具高雷诺数与理查森数，导致DNS或LES建模对时空分辨率要求显著乃至难以处理。另一方面，这些系统中的诸多重要物理机制，如应力各向异性、尾流稳定与流态转捩，本质上使基于涡黏性的RANS建模不适用。据此，我们对可进行DNS的适中雷诺数非分层与分层剪切层采用二阶矩闭合（SMC），即完整雷诺应力/通量/方差建模。针对应力、密度通量与方差的扩散，压力应变与搅混，以及耗散，我们探究了一系列子模型复杂度。这些子模型依据其由DNS表征相较精确雷诺平均项的契合度，及其对完整RANS闭合精度的影响予以评估。非分层情形下，SMC模型准确预测剪切层增长率与雷诺剪切应力剖面，应力各向异性与收支仅定性捕捉。比较精确与建模项的DNS，观察到模型性能与假设的不一致，包括单个统计量的不准确预测、不可忽略的压力扩散及耗散各向异性。分层情形下，剪切层与梯度理查森数增长率，以及应力、通量与方差衰减率，捕捉精度低于非分层对应流动参数。这些研究给出若干模型改进建议。
引用
@article{arxiv.2107.11654,
title = {Second Moment Closure Modeling and DNS of Stratified Shear Layers},
author = {Naman Jain and Hieu T. Pham and Xinyi Huang and Sutanu Sarkar and Xiang Yang and Robert Kunz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.11654},
year = {2021}
}
备注
20 pages, 10 figures, accepted in ASME FEDSM 2021, to be submitted to ASME JFE