基于Liutex涡向量的大涡模拟亚格子模型和涡动力学研究
报告人：王义乾（苏州大学）
时间：2023-11-07 14:00-15:00
地点：理科一号楼1418
摘要：大涡模拟将湍流尺度分为过滤后的可解尺度和亚格子尺度，并将亚格子尺度对可解尺度的作用通过亚格子模型模化，进而在只分辨可解尺度的网格上对湍流问题求解。最常用的物理空间亚格子模型Smagorinsky模型的一个重要缺陷是在强背景剪切条件下，尤其是壁面附近，模型涡粘性偏大，导致预测失真。尽管可以通过对模型进行修正，例如使用Van Driest阻尼函数，WALE（wall-adapting local eddy-viscosity）模型和动态Smagorinsky模型等降低壁面附近的涡粘性，但这些修正或多或少都带有一些主观因素在其中。我们基于Liutex/Rortex涡向量，在讨论其与雷诺应力统计特性的相似性后，提出一个新的亚格子模型，并将其应用至均匀各向同性湍流和低雷诺数槽道湍流中。研究表明，在以上两种流动中，新提出的模型可以在保持模型形式不变的情况下，得到准确的湍流能谱和平均速度型，并且在壁面附近涡粘性严格等于零。剪切被认为是旋涡之母。陆士嘉教授有一句名言:“流体不经搓，一搓就搓出了涡”，对此进行了形象说明。然而，当旋涡开始生成之后，流场的剩余剪切和旋涡之间相互作用机制究竟如何，依赖于对涡和剪切的精确定义。基于Liutex涡向量的定义，可将涡量精确的分解为代表流体当地旋转的涡向量以及剩余剪切。根据此分解，可以利用涡量输运方程对旋涡和剪切的相互作用机制进行研究，发现在涡边界处存在剪切对涡的强耗散层，并提出可利用该耗散层来识别涡结构的边界，进而避免传统等值面方法需要选择合适阈值的问题。
