分离流动大涡数值模拟

清华大学工程力学系

刘翊  崔桂香  张兆顺

一、引言
    大涡模拟是近年发展起来的具有一定应用前景的研究湍流的数值计算方法。它的基本思想是：湍流运动时由许多大小不同的漩涡组成，大涡对平均流动有比较明显的影响，而小涡则通过非线性的作用对大尺度运动产生影响。大涡模拟只对小涡建立模型，大涡运动通过数值求解直接计算出来，所以，使得计算量减少许多。而且，由于小尺度涡运动受流动边界条件和大涡运动的影响甚少，近似各向同性，所以比较有可能找到一个广泛适用的模型。
    本文对三维扩压器湍流场和障碍物绕流的二维湍流场和浓度场进行了数值模拟，研究目的是：
（1）分离流动的大涡数值方法；
（2） 分离流动中的输运机制。

大涡控制方程：

 三、算例

算例1   扩压器三维湍流场的大涡模拟：

计算方案：

1）网格生成：

    将求解域分成5个不同的区域，使用gambit生成非均匀网格（网格总数为: 200×36×41 ）

计算结果：

       1）压力系数曲线                                            2）壁面摩擦系数

3）.流向平均速度曲线

4）.流向脉动速度曲线

5）.法向脉动速度

6）.展向脉动速度

算例2障碍物绕流的湍流场和浓度场：

1、算例条件

工程背景：城市建筑物分布与环境污染的预测

2．计算方案

网格生成将求解域分成8个不同的区域，分别生成网格。

3、计算结果

1）．流场

平均流场的速度矢量图

　
2）．浓度场

四.  小结：

    以上算例说明Fluent的大涡模拟方法能对实际工程问题进行有效的数值模拟。而且，计算的网格数较少，对计算机内存的要求不是很高。