[發明專利]一種基于湍流能譜耦合v2-f系列模型的網格自適應湍流模擬方法

在審

• 申請號: 202210816721.4
• 申請日: 2022-07-12
• 公開（公告）號: CN114970403A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 柳陽威;汪光宇;唐雨萌
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
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1.一種基于湍流能譜耦合v2-f系列模型的網格自適應湍流模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，判斷是否應用屏蔽函數；

步驟二，識別當地網格尺度；

步驟三，基于湍流能譜積分耦合v2-f系列模型構造尺度相關的調節函數；

步驟四，使用調節函數重構v2-f系列模型的湍流粘性；

步驟五，基于v2-f系列模型，使用重構的湍流粘性進行湍流模擬；

①所述判斷是否應用屏蔽函數包括：

結合所模擬的流動狀態類型，判斷是否采用屏蔽函數F_GAS，具體地，當所述流動狀態類型為自由剪切流動，則不采用屏蔽函數，此時所述屏蔽函數F_GAS＝0；當所述流動狀態類型為近壁流動，則采用屏蔽函數，所述屏蔽函數F_GAS可使用如：來源于DDES-SST模型中的F₁屏蔽函數、F₂屏蔽函數和來源于DDES-SA模型中的F_d屏蔽函數；

②所述識別當地網格尺度包括：

結合步驟一中的屏蔽函數F_GAS，確定當地網格長度尺度Δ^*；

所述當地網格長度尺度Δ^*由下式給出：

Δ^*＝C_GAS[(1-F_GAS)Δ_vol+F_GASΔ_max]

Δ_max＝max(Δ_x,Δ_y,Δ_z)

其中，Δ_x為當地六面體網格的長、Δ_y為當地六面體網格的寬、Δ_z為當地六面體網格的高，C_GAS為經驗系數取0.6；

③所述基于湍流能譜積分耦合v2-f系列模型構造尺度相關的調節函數包括：

按照v2-f系列模型中對湍動能的模化方式，得原始模化的湍動能k_m，根據步驟二中所述當地網格長度尺度Δ^*，基于湍流能譜通過積分得到實際應模化的湍動能k_u；

所述實際應模化的湍動能k_u由下式得到：

其中，C_k為柯爾莫哥洛夫常系數，取1.5，ε為實際的湍流耗散率，κ_c為可解湍流截斷波數，由步驟二中所述當地網格長度尺度Δ^*決定：

根據所述實際應模化的湍動能k_u、所述原始模化的湍動能k_m和步驟一中所述屏蔽函數F_GAS，構造動態尺度相關的調節函數D_f；定義尺度之比為所述實際應模化的湍動能k_u和所述原始模化的湍動能k_m的比值，所述動態尺度相關的調節函數D_f為所述尺度之比相關的函數，由下式得出：

l_GAS＝(1-F_GAS)l_u+F_GASl_m

其中，l_u為網格相關尺度，l_m為v2-f系列模型給出的湍流長度尺度；

④所述使用調節函數重構v2-f系列模型的湍流粘性包括：

采用步驟三所述動態尺度相關的調節函數D_f對v2-f系列模型的湍流粘性ν_t進行調控，得到重構的湍流粘性ν_sfs，由下式得出：

ν_sfs＝D_f·ν_t

⑤所述基于v2-f系列模型，使用重構的湍流粘性進行湍流模擬包括：

采用步驟四中所述重構的湍流粘性ν_sfs計算雷諾應力，并對v2-f系列模型的輸運方程進行更新，替代v2-f系列模型的原始輸運方程中的湍流粘性ν_t，與v2-f系列模型結合得到所述基于湍流能譜耦合v2-f系列模型的網格自適應湍流模擬方法。