[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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本發明公開了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，其實現的主要過程包括：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。本發明通過識別當地網格大小，確定當地網格長度尺度Δ^*，進而通過湍流能譜積分構造尺度相關函數對湍流粘性進行重構，實現網格自適應模擬，有效克服了現有RANS/LES混合模型對網格的經驗依賴度高的問題，大幅減少計算耗費，顯著加快湍流模擬進程，為解決復雜工程流動問題的快速高精度模擬提供了高效的數值模擬方法。

技術領域

本發明涉及工程流體力學計算領域，尤其涉及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。

背景技術

湍流現象在自然界和工程領域中普遍存在，對湍流的精準預測是研究復雜流動問題的一大難題。以流體機械內部流動為例，其流動結構十分復雜，廣泛存在多尺度、非線性、非定常等復雜湍流流動現象，這些復雜湍流對流體機械的性能有很大影響。因此，在工程設計中，迫切的需要發展預測精度高、計算效率高的湍流模擬方法，使之能準確模擬以流體機械內部流動為例的復雜工程問題中的湍流流動。

現有工程常用的湍流模擬方法以求解雷諾平均NS方程(RANS)方法為主，雖然計算量較小，但由于其基于簡單基本流動發展而來，對工程問題中多尺度、非定常、大分離等復雜湍流流動預測準確性不佳，從而難以實現對以流體機械內部流動為例的工程問題中復雜流動機理的精細化研究，嚴重制約流體機械等領域設計水平的提升。大渦模擬(LES)方法作為高精度數值模擬方法，對網格數的要求很高，使其相比于RANS方法計算耗費呈指數級增長，遠高于工程應用中可以承受的計算耗費水平。對于流體機械內部流動等工程流動問題，雷諾數往往較高，在現有計算能力下，LES方法還難以在工程設計層面上應用于復雜工程領域的流動預測。

近二十年來誕生了RANS-LES混合模擬方法，通過在近壁區域采用RANS方法，主流區域采用LES方法，來平衡計算精度和計算效率，對解決復雜流動的高精度模擬計算耗費大的問題，提供了很好的解決策略。但目前經典的RANS-LES混合模型對網格有較為嚴格的要求，需要使用者具有較為豐富的高精度數值模擬經驗，因而對以流體機械內部流動為例的復雜工程流動的預測能力有限。因此，降低RANS-LES混合模型對網格的經驗依賴程度，對更好地實現復雜工程流動問題中多尺度、非線性、非定常等湍流流動現象的準確、高效的高精度模擬具有重要意義。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于提出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，有效克服現有RANS-LES混合模型對網格的經驗依賴度高的問題，在提升計算準確度的同時，大幅減少計算耗費，顯著加快湍流模擬進程，為解決復雜工程流動問題中多尺度、非線性、非定常等湍流流動的快速高精度模擬提供高效的數值模擬方法。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供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，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：