高雷诺数湍流的面采样模拟

提出并评估了一种新的湍流模拟方法，该方法结合了针对整体流场的大涡模拟（LES）和一组非空间填充的准直接数值模拟（QDNS）阵列，后者对近壁湍流响应大尺度强迫进行采样。该技术克服了湍流模拟的一些成本限制，因为主流采用粗网格 LES 处理，而等效的壁面函数由近壁采样的 QDNS 提供。测试了两个案例，摩擦雷诺数 Re$_\tau$ 分别为 4200 和 20,000。第一个案例的总网格节点数少于五十万，第二个案例少于两百万，计算仅需台式计算机。在 Re$_\tau$=4200 时，与已发表的 DNS 结果吻合良好，无论是平均速度剖面还是流向速度脉动统计量，都正确显示了由于大尺度结构对近壁条纹的调制而导致的近壁湍流水平显著增加。这一趋势在 Re$_\tau$=20,000 时得以延续，与实验结果一致，代表了新方法的主要成就之一。探讨了模型的许多细节方面，包括数值分辨率、LES-QDNS 耦合策略和亚格子模型。证明了 QDNS 和 LES 方面均具有低水平的网格敏感性。由于该方法不假设壁面律，原则上可应用于非平衡流。