[发明专利]一种基于湍流能谱耦合RSM模型的网格自适应湍流模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于湍流能谱耦合RSM模型的网格自适应湍流模拟方法，其主要过程包括：步骤一，判断是否应用屏蔽函数；步骤二，识别当地网格尺度；步骤三，基于湍流能谱积分耦合RSM模型模型构造尺度相关的调节函数；步骤四，使用调节函数重构RSM模型的雷诺应力张量和湍流粘性；步骤五，基于RSM模型，使用重构的雷诺应力张量和湍流粘性进行湍流模拟。本发明通过识别当地网格大小，确定当地网格长度尺度Δ^*，进而通过湍流能谱积分构造尺度相关函数对雷诺应力张量和湍流粘性进行重构，实现网格自适应模拟，克服了现有RANS/LES混合模型对网格的经验依赖度高的问题，大幅减少计算耗费，显著加快湍流模拟进程，为解决复杂工程流动问题提供了高效的数值模拟方法。

技术领域

本发明涉及工程流体力学计算领域，尤其涉及一种基于湍流能谱耦合RSM模型的网格自适应湍流模拟方法。

背景技术

湍流现象在自然界和工程领域中普遍存在，对湍流的精准预测是研究复杂流动问题的一大难题。以流体机械内部流动为例，其流动结构十分复杂，广泛存在多尺度、非线性、非定常等复杂湍流流动现象，这些复杂湍流对流体机械的性能有很大影响。因此，在工程设计中，迫切的需要发展预测精度高、计算效率高的湍流模拟方法，使之能准确模拟以流体机械内部流动为例的复杂工程问题中的湍流流动。

现有工程常用的湍流模拟方法以求解雷诺平均NS方程(RANS)方法为主，虽然计算量较小，但由于其基于简单基本流动发展而来，对工程问题中多尺度、非定常、大分离等复杂湍流流动预测准确性不佳，从而难以实现对以流体机械内部流动为例的工程问题中复杂流动机理的精细化研究，严重制约流体机械等领域设计水平的提升。大涡模拟(LES)方法作为高精度数值模拟方法，对网格数的要求很高，使其相比于RANS方法计算耗费呈指数级增长，远高于工程应用中可以承受的计算耗费水平。对于流体机械内部流动等工程流动问题，雷诺数往往较高，在现有计算能力下，LES方法还难以在工程设计层面上应用于复杂工程领域的流动预测。

近二十年来诞生了RANS-LES混合模拟方法，通过在近壁区域采用RANS方法，主流区域采用LES方法，来平衡计算精度和计算效率，对解决复杂流动的高精度模拟计算耗费大的问题，提供了很好的解决策略。但目前经典的RANS-LES混合模型对网格有较为严格的要求，需要使用者具有较为丰富的高精度数值模拟经验，因而对以流体机械内部流动为例的复杂工程流动的预测能力有限。因此，降低RANS-LES混合模型对网格的经验依赖程度，对更好地实现复杂工程流动问题中多尺度、非线性、非定常等湍流流动现象的准确、高效的高精度模拟具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提出一种基于湍流能谱耦合RSM模型的网格自适应湍流模拟方法，有效克服现有RANS-LES混合模型对网格的经验依赖度高的问题，在提升计算准确度的同时，大幅减少计算耗费，显著加快湍流模拟进程，为解决复杂工程流动问题中多尺度、非线性、非定常等湍流流动的快速高精度模拟提供高效的数值模拟方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于湍流能谱耦合RSM模型的网格自适应湍流模拟方法，包括以下步骤：

步骤一，判断是否应用屏蔽函数；

步骤二，识别当地网格尺度；

步骤三，基于湍流能谱积分耦合RSM模型构造尺度相关的调节函数；

步骤四，使用调节函数重构RSM模型的雷诺应力张量和湍流粘性；

步骤五，基于RSM模型，使用重构的雷诺应力张量和湍流粘性进行湍流模拟；

①所述判断是否应用屏蔽函数包括：