基于非平衡输运模型与混合长度特征时间闭合的面向空间展开的圆形喷流波粒子湍流仿真
流体动力学
2026-02-11 v1 计算物理
摘要
本文将最近发展的多尺度非平衡湍流建模方法——波粒子湍流仿真 (WPTS) 与基于普兰特混合长度假设推导的湍流特征时间闭合相结合, 并应用于空间展开的圆形喷流。WPTS 中, 强湍流区域的流体元素由以拉格朗日粒子表示，这些粒子在与背景流场(以波形式表示)相互作用前会travel 一个有限距离。这种机制在概念上类似于普兰特混合长度图景中所采用的离散流体游标。WPTS 与传统基于混合长度的湍流模型的关键区别在于两个方面: 首先, 粒子演化遵循非平衡输运机制, 而非通常嵌入在湍流粘性闭合中的平衡假设; 其次, WPTS 以耦合方式推进波和粒子分量, 其中粒子分数主要由建模的湍流特征时间控制, 从而在统一框架内表示湍流和层流体系。由于空间展开的喷流提供了具有良好 established 相似性行为的标准测试案例, 因此本文用于评估。具体而言, 本工作 (1) 开发了针对喷流的混合长度特征时间模型, (2) 将其纳入 WPTS 以评估预测性能。结果表明, 所得 WPTS 框架在雷诺数为 5000 和 20000 时准确再现喷流相似解及其他特征, 表明 WPTS 作为实用工具进行湍流建模与仿真具有潜力。
引用
@article{arxiv.2602.09759,
title = {Wave Particle Turbulent Simulation of Spatially Developing Round Jets Using a Non Equilibrium Transport Model with a Mixing Length Characteristic Time Closure},
author = {Xiaojian Yang and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.09759},
year = {2026}
}