基于涡合成方法的 可压缩入口湍流条件的生成

Abstract

为了给大涡模拟LES计算提供合适的湍流入口信息，本文采用了一种改进的涡合成方法(synthetic eddy methods)来生成指定速度和雷诺应力分布下的湍流入口条件。该方法根据可压缩平板边界层内的湍流结构特征将入口截面沿壁面法向方向分为若干区域，并为它们指定不同的形状函数、特征迁移速度与流动尺度来描述相应的湍流结构，并最终生成含有特定湍流脉动信息的入口条件。但由于涡合成方法生成的湍流脉动量无法满足连续性条件，流场下游会出现较强的虚假压力脉动，海绵边界条件(sponge layer)的引入很好地抑制了此种现象。计算结果表明：在满足必要的网格分辨率下，采用涡合成方法的来流马赫数为2的可压缩平板边界层可以在8&delta;的过渡距离内形成完全发展的湍流流场；数值模拟得到的时均统计量结果（壁面摩擦系数、速度型、雷诺应力、湍动能能量谱密度）与可压缩流动的理论结果以及DNS模拟结果符合良好，进一步验证了涡合成方法在可压缩湍流边界层入口条件生成上的应用前景。</p