[发明专利]一种基于部分滤波的湍流计算方法

说明书

本发明提供了一种基于部分滤波的湍流计算方法。所述基于部分滤波的湍流计算方法包括如下步骤：步骤一：采用滤波方法对速度变量进行分解为可解尺度和亚滤波脉动尺度，建立滤波后可解尺度的N‑S方程；步骤二：以SSTsupgt;k/supgt;‑ω模型为基础，建立亚滤波运动尺度的改进SST‑PANS模型，建立湍流动能占比函数，对N‑S方程湍流应力项进行封闭；步骤三：根据方块钝体流场的计算条件，划分计算网格；步骤四：采用有限体积法，在步骤三的网格中心上建立步骤一和步骤二中的离散方程，对方程计算得到收敛的流场结果。

技术领域

本发明涉及一种基于部分滤波的湍流计算方法，属于计算流体力学技术领域。

背景技术

湍流流动中所有流动特性以一种随机、浑沌的方式变化，从物理结构角度可将湍流看作各种不同尺度的涡的叠加。大尺度涡结构主要由流动的边界条件决定，主要受惯性影响，是引起低频脉动的原因；小尺度涡主要是由粘性力决定，是引起高频脉动的原因。湍流流动是一种高度非线性的复杂流动，可通过流动特性的平均值和脉动值的统计性质进行有效描述。现有的湍流模拟主要有三种基本的方法，按照可解尺度由小到大或计算量由大到小的顺序分别为：直接数值模拟(DNS)、大涡模拟(LES)和雷诺平均模型(RANS)。

针对壁面边界的解决办法进行了各种探索，催生出了一类混合模型。混合RANS/LES方法结合了传统RANS方法和LES方法各自的优点，在附体边界层内采用雷诺时均方法，在流动分离区域使用大涡模拟。应用较为广泛的混合模型包括：分离涡模拟(DES)、部分平均N-S模拟(PANS)，超大涡模拟(VLES)等。

在PANS方法中，V_i代表流动中瞬时速度分量，则分解形式可以写为：V_i＝U_i+u_i，其中U_i代表滤波后的速度，u_i代表sub-filtered分量，用“”代表滤波操作，则：

U_i＝＜V_i,＜u_i≠0

经过滤波后，PANS方法的基于滤波后可解尺度U_i的Navier-Stokes方程可以写为：

sub-filtered应力τ(V_i,V_j)(sub-filtered stress,SFS)通过Boussinesq假设求解：

在最基础的k-ε模型中，不可解尺度的函数可通过如下关系式获得：

通常情况中，对与耗散相关的f_ω取常数1，当分辨率参数f_k和f_ε等于1时，PANS恢复成为RANS。经过文献和工程中应用验证，与RANS相比，PANS计算结果大大改善，同时与其他无缝桥接方法相比，由于PANS模型简单性和鲁棒性，在工程领域应用广泛。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于部分滤波的湍流计算方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于部分滤波的湍流计算方法，包括如下步骤：

步骤一：采用滤波方法对速度变量进行分解为可解尺度和亚滤波脉动尺度，建立滤波后可解尺度的N-S方程；

步骤二：以SSTk-ω模型为基础，建立亚滤波运动尺度的改进SST-PANS模型，建立湍流动能占比函数，对N-S方程湍流应力项进行封闭；

步骤三：根据方块钝体流场的计算条件，划分计算网格；