基于局部时均Navier-Stokes模型的分域计算方法

罗倩， 胡常莉

(南京理工大学 能源与动力工程学院, 江苏 南京 210094)

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随着计算机技术日新月异的发展，借助数值计算方法研究流体力学相关问题，越来越受到人们的青睐。尤其是工程实际中的复杂流动问题，比如各类流体机械、船舶、水中兵器等工程领域，往往涉及湍流、相变、可压缩等多个物理过程，这对数值模型的发展提出了很大的挑战。其中，湍流模型直接关乎复杂流动数值方法的预测精度。

一直以来，方柱绕流与空化流动是流体力学研究中的经典与热点问题，备受研究者的关注，建立合适的湍流模拟方法也是其数值研究的重点[1-2]。张显雄等[3]对比了5种湍流涡黏模型在方柱绕流的数值模拟中的求解差异，结果表明：标准k-ε(k为湍动能，ε为湍流耗散率)湍流模型的计算结果程度整体弱于其余湍流模型；剪切应力输运(SST)k-ω(ω为湍流频率)模型的计算结果优于其余湍流模型。Long等[4]、Ji等[5]、杨龙等[6]应用大涡模拟(LES)方法进行了空化流动的数值计算，发现LES方法可以准确模拟出非定常空化流动的流动特性。但LES方法计算资源消耗大。随着数值研究的深入以及对湍流计算要求的提高，许多混合湍流模型被提出和应用[7-8]。局部时均Navier-Stokes(PANS)模型是由Girimaji[9]提出的，一种可从雷诺时均Navier-Stokes(RANS)平滑过渡到直接数值模拟(DNS)的混合湍流模型，被广泛应用于流动研究中。Razi等[10]应用PANS模型研究了周期性山型流道内的流动分离问题。王亦晓等[11]采用PANS模型研究了簸箕形进水流道的水力特性。Busco等[12]采用PANS模型研究了压水堆燃料束间隔格栅间的复杂湍流结构。……