弯曲方形管道中三维湍流边界层的壁建模大涡模拟
流体动力学
2023-04-26 v1
摘要
我们对在弯曲方形管道底面上发展的压力驱动三维湍流边界层（3DTBL）进行壁建模大涡模拟（WMLES），以考察三种广泛使用的壁模型——简单平衡应力模型、积分非平衡模型与偏微分方程（PDE）非平衡模型——的预测能力。数值结果与 Schwarz 和 Bradshaw 的实验（J. Fluid Mech. (1994), vol. 272, pp. 183-210）进行比较。三种壁模型预测壁应力量级相当，而 PDE 非平衡壁模型对壁应力方向的预测精度显著更高，其次为积分非平衡壁模型。壁模型给出的壁应力方向可分解为平衡应力部分与积分非平衡效应的贡献，其中后者在各壁模型中的建模方式不同。壁模型解的三角图揭示了各壁模型在表征沿壁法向流动方向变化上的不同能力。相反，外层大涡模拟解不受所用壁模型类型影响，导致所有壁模型在外层区域的平均量与湍流统计量预测几乎一致。这可由涡量动力学与生成平均三维性的无粘偏斜机制解释。最后，利用外层大涡模拟解研究湍流各向异性。与典型二维壁湍流不同，雷诺应力各向异性随壁距离增加表现出强烈的非单调行为。
引用
@article{arxiv.2204.00537,
title = {Wall-modeled large-eddy simulation of three-dimensional turbulent boundary layer in a bent square duct},
author = {Xiaohan Hu and Imran Hayat and George Ilhwan Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.00537},
year = {2023}
}