剪切修正的亞格子模型及其在湍流研究中的應(yīng)用.pdf

1、建立合理的亞格子模型是大渦模擬的關(guān)鍵問題，本文提出了一種剪切修正的亞格子模型，并對該模型進(jìn)行了壁面無吹吸和有吹吸兩種情況的驗證。結(jié)果表明本文提出的模型既可以模擬壁面無吹吸的湍流流場，也可以模擬壁面有吹吸的非平衡湍流場。
　　 在此基礎(chǔ)上，采用剪切修正亞格子模型的大渦模擬(LES)的方法，模擬了不同雷諾數(shù)下的槽道湍流，研究了近壁湍流的統(tǒng)計性質(zhì)，進(jìn)而在壁面加入吹吸，研究了空間周期的湍流場中雷諾應(yīng)力和速度變形率之間的相位關(guān)系。關(guān)于近壁

2、湍流統(tǒng)計特性的結(jié)論如下：
　　 (1)在給定壓差的條件下，隨雷諾數(shù)的變大，湍流平均速度剖面越來越低、其形狀越來越飽滿，速度剖面的對數(shù)區(qū)越來越長；隨雷諾數(shù)的增大，平均流剖面近似符合對數(shù)律或指數(shù)律的程度越來越好。
　　 (2)不同雷諾數(shù)的雷諾應(yīng)力、脈動動能和脈動速度均方根在某種程度上具有相似性。在壁面坐標(biāo)下，靠近壁面處曲線趨于重合；在槽寬坐標(biāo)下，槽道中心處曲線趨于重合，脈動動能和脈動速度均方根在槽道中心趨于一個定值。

3、　　 (3)給出了雷諾應(yīng)力、脈動動能等量的峰值及其峰值位置與雷諾數(shù)之間的關(guān)系式。利用分段函數(shù)及完整函數(shù)形式，根據(jù)較低雷諾數(shù)的分布，以參數(shù)化的形式給出的不同雷諾數(shù)下的雷諾應(yīng)力和脈動動能的分布。只要知道較低雷諾數(shù)的雷諾應(yīng)力或脈動動能分布，就可以根據(jù)參數(shù)，由給出的關(guān)系式得到較高雷諾數(shù)的雷諾應(yīng)力或脈動動能分布。關(guān)于雷諾應(yīng)力與速度變形率之間相位關(guān)系的結(jié)論如下：
　　 (4)雷諾應(yīng)力與速度變形率之間存在相位差，在構(gòu)建模式理論時，應(yīng)將二者的

4、相位差考慮到渦粘系數(shù)中。
　　 (5)雷諾應(yīng)力與速度變形率相位差的變化分為四個區(qū)：壁面控制區(qū)，相位差的變化呈快速增大趨勢；壁面主控區(qū)，相位差增大趨勢變緩慢，相位差達(dá)到最大值；外流主控區(qū)，外流的作用明顯加強(qiáng)，相位差開始緩慢下降；外流控制區(qū)，相位差變化相對平緩。
　　 (6)隨吹吸波數(shù)的增大，壁面控制區(qū)的寬度不變，壁面主控區(qū)和外流主控區(qū)的寬度變窄，外流控制區(qū)的寬度大大變寬。
　　 (7)在所研究的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，在不同

5、雷諾數(shù)下雷諾應(yīng)力與速度變形率相位差，沿槽道法向的變化表現(xiàn)出相似的規(guī)律；雷諾應(yīng)力與速度變形率的相位差隨雷諾數(shù)的變化趨勢明顯，隨著雷諾數(shù)的增加，在槽寬坐標(biāo)下曲線向壁面方向移動，而在壁面坐標(biāo)下相位差在壁面附近不再隨雷諾數(shù)的變化而移動；隨著雷諾數(shù)的增加，相位差峰值附近的區(qū)域在變大。
　　 (8)在小幅值吹吸范圍內(nèi)，雷諾應(yīng)力與速度變形率相位差的變化是有規(guī)律的；當(dāng)壁面吹吸的幅值大過某個閾值，擾動的非線性開始起作用，雷諾應(yīng)力與速度變形率的相位