题目：基于可变时间间隔的湍流模型的传热特性研究

随着计算机技术的进一步发展，计算流体力学依靠其高效率，时效性，低成本和便于实现的特点，在湍流领域承担了越来越重的科研任务。但是涉及到热量输运的流场模拟时，一方面，流动特性求解的不确定性会被引入温度场的求解，另一方面，温度场自身的多尺度、各向异性等脉动特点非常难于掌握，因此对于湍流传热的理论研究相对滞后，即使已经得到普遍应用的湍流模型在预测湍流传热的问题时，也是困难重重。

基于可变时间间隔平均，发展出的一种新的多尺度平均方法，并由此建立了无穷尺度的湍流控制方程组，多尺度模型由此推导而来，已经被大量的经典算例验证了其在湍流流动模拟的普适性。本文将基于可变时间间隔的多尺度模型理论首次应用于湍流传热研究，在推导出相应的不可压湍流能量方程，构造出各异性的涡粘导热系数，发展相应数值算法的基础上，建立适用于多尺度湍流模型的传热理论体系，通过对系列经典算例的数值验证，证实了本文所发展的多尺度湍流传热理论在不可压湍流传热问题方面的模拟能力。

针对不可压多尺度模型不能反映能量输运的特点，推导和模化湍流能量方程，制定与之匹配的数值求解方案用于湍流传热研究。湍流热通量具有各向异性的特点，这就导致传统涡粘模型计算困难的原因之一，由于多尺度模型对湍流脉动的各向异性有着重要的解释，这一点就可以应用到温度脉动的求解中来。通过不可压平板剪切流进行综合验证，模拟结果初步验证了本文发展的多尺度模型应用于湍流流动和传热计算的准确性和正确性。

最后，将本文发展的多尺度模型湍流模型的传热理论应用于具有广泛工程应用背景的复杂湍流流动和换热问题——后台阶绕流和冲击射流，计算结果显示，多尺度不仅能正确预测自由射流，流线弯曲，壁面剪切以及流动分离等复杂的流动特性，也能正确预测换热特性，进一步证实多尺度模型应用于复杂湍流模型换热问题的潜力。