亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型研究

作者：季梦; 尤云祥^*; 韩盼盼; 邱小平; 马乔; 吴凯健

来源：Acta Physica Sinica, 2023, 1-59.

• 圆柱绕流
• 相干结构
• K-H不稳定性
• 混合RANS/LES模型

本文发展一种具有壁面模化大涡模拟能力的混合RANS/LES模型(简称WM-HRL模型)，致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究。该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数rk即可实现从RANS到LES的无缝快速转换，并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则进行预先设定。通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究，获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则的组合条件。研究表明，该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构，而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则的组合条件，还可以精细地解析圆柱绕流场中两类不同回流区长度结构特征及其对应的圆柱尾部近壁面处“V”和“U”型两个平均流向速度剖面的分支结构特性。

• 单位
  上海交通大学; 海洋工程国家重点实验室