● 摘要
湍流问题是经典物理的世纪难题，广泛存在于自然界和工程技术领域中，一直是制约CFD精确计算的瓶颈问题。湍流数值模拟方法中，RANS/LES混合方法由于其经济性与有效性，在当前条件下相较于其它方法有明显优势。故RANS/LES混合方法的研究，对分析大分离等复杂流动问题，对揭示湍流流动机理，对提高CFD求解能力均具有十分重要的意义。
本文简要介绍了DES方法原理与发展历程，基于两方程Menter SST湍流模式实现了PANS方法，包括全场统一fkPANS方法与全场可变fkPANS方法。运用PANS方法与DES方法，选取典型复杂分离流动，细致研究流动结构，对本文方法展开详细验证与评估，考察其准确度与可靠性，对其在不同流动情况下的适用性进行探索，讨论模型参数对计算结果的影响。本文的研究表明：
1. 网格分辨率及数值格式对RANS/LES混合方法结果有重要影响。网格不适当加密会引起MSD问题，网格过疏会造成模化雷诺应力偏大、抹平流场的流动细节；在本文网格疏密合适的前提下，数值格式的精度并不会影响统计平均量，但高阶格式对瞬时脉动量及精细流场结构的准确求解十分必要。
2. PANS方法能够较为精细的捕捉到丰富的小尺度流动结构，方法中模型参数对流动结构的捕捉能力有显著影响。对于全场统一fk PANS方法，随着fk值取值增大，PANS方法更多体现出URANS方法的特性，流动结构逐渐粗糙，展向流动受到抑制，流动更多呈现二维特征；对于全场可变fk PANS方法，Cs决定fk值在计算域中的分布，当Cs取值较小时，流场中更多区域fk取值较小，所得流动结构更为清晰、丰富。
3. 对于ReD=3900和ReD=1.4×105单圆柱绕流，本文方法与实验吻合较好。但不同流动情况下，各方法的表现存在差异。对于层流分离（ReD=3900）情况，合理fk取值的全场统一fk PANS方法则能有效求解更多尺度的湍流脉动，较为适用；而对于湍流分离（ReD=1.4×105）情况，全场可变fk PANS方法在近壁区使得fk取值趋近于1，对湍流边界层的模拟更为准确，计算精度更高。
4. 选取ReD=1.66×105串列双圆柱绕流作为研究对象，细致研究了双圆柱流动结构发展、演化过程，包括分离、自由剪切层失稳、涡脱落、涡与涡相互作用、涡与圆柱壁面相互作用等复杂非定常现象。通过分析对比，SST-DES与Cs=0.1的全场可变fk PANS方法表现较好，与实验最为吻合。其中，DES方法所得流动结构相较于PANS方法更为丰富，而在流场平均量与流场脉动量上，全场可变fk PANS方法体现出了更高的精度。