湍流的数值模拟方法概述

湍流，又称紊流，是一种极其复杂、极不规则、极不稳定的三维流动。湍流场内充满着尺度大小不同的旋涡，大旋涡尺度可以与整个流畅区域相当，而小漩涡尺度往往只有流场尺度千分之一的数量级，最小尺度旋涡的尺度通过其耗散掉的湍流能量来确定。流场性质决定了涡的拉伸及最大最小尺度的差值。大涡由主流获得能量，涡旋运动使旋涡不断拉伸变形而分散成小涡，能量也以级串的方式传递，当小到旋涡的最小尺度以至局部变形率足够大时，粘性已可以耗散其得到的湍流动能，则这种尺度的旋涡不会继续分裂，称为耗散涡。

湍流场中的物理量呈现脉动性、强不规则性和随机性，是空间和时间的函数。一般人们认为湍流可以分解为平均运动和脉动运动两部分，低频脉动由大旋涡引起，高频脉动由小旋涡引起。

随着计算流体力学及计算空气动力学方法的不断完善，计算机性能的不断提高，湍流的数值模拟方法已成为阻碍人们应用N- S方程进行水流运动特性分析、管道螺旋流水力输送研究、飞机设计等的瓶颈之一。目前，湍流数值模拟的方法有：直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,DNS)、雷诺平均模拟(Reynolds Averaged Navier- Stokes,RANS)和大涡数值模拟(Large Eddy Simulation,LES)。

参考：

1.https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E5%80%BC%E6%A8%A1%E6%8B%9F/8301583?fr=aladdin

2. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4Nzg4MDY1Mw==&mid=2652444194&idx=2&sn=ae852aaa242a0268d5ec8575acde0622&chksm=8bdf1080bca89996213006c4c998c89ed0fc7c361700944e0c09d7940c138f079b07b5df0f82&scene=27