● 摘要
随着计算流体力学的发展，计算机性能的不断提高，湍流的数值模拟方法已成为 水流运动特性分析、管道水力输送研究以及飞机设计等领域重要的研究手段。湍流数 值模拟的方法有: 直接数值模拟(Direct Numerical Simulation, DNS) 、大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)和雷诺平均数值模拟(Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS)。 近些年，一类结合雷诺平均数值模拟和大涡模拟的方法发展起来，但这类方法所要解 决的一个关键性问题就是如何提供给大涡模拟所需要的流场进口条件。再者，在许多 大涡模拟的计算场景中，进口条件对下游的计算起到至关重要的作用，整个计算区域 的流场情况跟进口条件密切相关，因此，关于生成大涡模拟进口条件方法的研究一直 是一个科学前沿问题。 生成大涡模拟进口条件的难点在于进口的流场需要符合湍流的统计特性，使其尽 可能地接近真实的湍流。与此同时，生成大涡模拟进口条件的方法要尽可能地容易操 作，这样针对不同的进口情况能快速有效地生成满足要求的流场。本文首先通过利用 大涡模拟的方法对槽道湍流进行了研究，对湍流的平均速度以及脉动速度进行了相关 的统计分析，认识和了解槽道湍流的特性以及发展过程。然后通过改进涡方法(Vortex method)，用 Langevin 方程控制漩涡运动，模拟实验方法中的蜂窝器，进而生成大涡模 拟的非定常进口条件。使用已知的平均流场，在槽道中生成非定常进口流场。通过与 直接数值模拟数据对比，分析槽道进出口的平均速度，涡量以及雷诺应力统计等，并 与原始涡方法得到的结果进行对比，来探索改进后的涡方法在生成大涡模拟进口条件 下的有效性。