均匀各向同性湍流拉格朗日统计量的大涡模拟
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摘要
湍流的相对扩散通常采用拉格朗日方法描述,且受小尺度湍流运动影响很大。这一特性为大涡模拟方法预测湍流相对扩散提出了挑战。我们采用直接数值模拟、滤波的直接数值模拟以及采用谱涡粘模型的大涡模拟方法,主要研究了滤波和亚格子尺度模型对流场的拉格朗日统计量的影响及其雷诺数效应。研究的拉格朗日统计量包括单颗粒扩散、颗粒对相对扩散和多颗粒相对扩散。研究结果表明,对于长时间的单颗粒扩散,大涡模拟高估了拉格朗日速度关联的时间尺度而低估了拉格朗日速度脉动。这两种效应相互抵消,使得大涡模拟可精确预测长时间湍流扩散系数。不同于单颗粒扩散情况,当初始分离距离小于最小解析尺度时,由于缺乏亚格子尺度的速度脉动,滤波的直接数值模拟与大涡模拟都明显低估了颗粒对与多颗粒的相对扩散率,高估了颗粒对的拉格朗日速度关联的时间尺度。另外,我们计算了不同泰勒雷诺数下流场的拉格朗日统计量的大涡模拟,分析雷诺数对亚格子尺度模型的影响。
引文