崔桂香-2013-湍流大涡模拟及应用

1、湍流涡旋模拟及其在城市大气环境中的应用，航空源动力学和2013年九月7日崔桂香，炼钢，1，湍流(湍流)？标量湍流？研究方法？)2、湍流及其标量的大涡模拟3、大涡模拟应用城市大气环境4、大涡模拟进展和展望5、思维和创新6、参考文献，2009年年九月9日，进入湍流(1)，认识湍流，(1)流动T-L、2009年年九月九日，(6)羽扩散6羽，(5)扩散T-L，(7)管T-L，(8)球T-L，在自然界和工程中普遍存在，例如2009年九月九日，同一点的速度测量1、进入湍流(2)的湍流特性之一：时空随机性、能源谱、2009年九月9日、湍流特性的两个多维性、雷诺分解、湍流动能、光谱经典湍流能量传递理论湍流动能

2、多级传递Kolmogorov(重力场中具有密度梯度的标量输运是：(1) Boussinesq近似条件下的标量湍流，即连续方程为速度场的分岔为零。(2)讨论了空间均匀条件下标量湍流的性质。一个、湍流(3)标量湍流、U、L为特征速度和特征长度，通常在环境流中为Re1。即使N/D=Sd1.0或Sd1.0，也存在Pe1。分子扩散是可以忽略的。因此，流体粒子的轨迹上携带物的浓度不变。，基本方程，1，湍流(3)标量湍流，标量湍流的能谱脉动能量波数(尺寸L的倒数)的变化湍流能谱E(k)浓度(温度)的平均波数的变化浓度(温度)能谱Eq (k)平面截面的薄片结构，标量湍流结构，2。脉动标量渐变的雪花结构示例湍流

3、参数：Rel=50，Pr=0.1-3.0，网格数：256256256 3。脉动标量梯度平方根的等值面Sij是脉动速度的应变张量。wij表示脉动速度旋转张量，顶部乘以fi。脉动旋涡量对Fifi的质点度数没有贡献。分子粘性极小时，脉动的应变张量对标量梯度的质点度数有贡献。此贡献是应变主轴方向、薄片结构的生成机制(续)标量渐变点微分的主要贡献是压缩变形，上面推导的公式，、主轴的应变总和为0，在均匀各向同性湍流中，a=3，b=等效圆盘半径为rd，厚度为Ld，V和S可以计算薄片结构的平面大小和厚度。均匀湍流，通道湍流，结论：片状结构的厚度为耗散尺度，等效直径为厚度的几十倍，1，湍流(3)标量湍流，不是湍

4、流流动，湍流涡结构逐步传递准顺序湍流动能。在惯性子区域，能量谱具有-5/3阶定律。标量湍流谱随雷诺数和帕克莱特数而变化，片状结构间歇性强。数值模拟精确的数值模拟需要非常高的时间、空的解析度。宽频谱，lmax/lminre3/4，tmax/tmin re 3/4；RE=104，Lmax/LMAX/LMIN 103，步骤3 Lmax包含能量尺度，计算域尺寸D10Lmax，1，进入湍流汇总：2009年九月9日，哪些流阻较小？为什么？利用和控制湍流，凹地衰减，2，为什么要研究湍流？一、湍流(4)、2009年九月9日、湍流、湍流数值模拟、湍流传热？旋转通道湍流和传热，x:流y:垂直Z3360扩展W :常

5、量，为什么要研究湍流？3，湍流研究方法统计理论，1，湍流(4)，不同级别的数值模拟方法比较，2，湍流及其标量的大涡模拟研究，不同级别湍流数值模拟的分辨率比较，无剩余脉动，湍流能谱E(k)(2)节省大量内存和计算时间：NDNSL/h，h耗散尺度；NLESL/D，D过滤器降级栅格数1-(NLES/NDNS)3=1-(h/D)3 h/D=0.5时，大多数节约DNS 87.5%的网格用于保险存储区域。(3)可以模拟高雷诺数的实际流动。(4)大规模脉动量、动态载荷等随时间的进化是可能的。2，湍流大涡模拟，3 .大涡模拟的主要问题之一：子栅格模式、2、湍流和标量大涡模拟、3、大涡模拟的主要问题2、标量湍流

6、子栅格模式(湍流流动数)检查示例1:各向同性速度场RR#子检查模式的机制是动量通量或标量通量传输：开发模式的方向。大规模脉动和过滤脉动之间的动量输送？子网格模式综合评价：I)子网格应力的大小D2 ii)近壁大涡Y近壁整体大涡模拟的网格分辨率=直接数值模拟的分辨率没有近壁模型，大涡模拟不能用于高雷诺数的实际流量。Iii)近壁模型和模拟代数法(舒曼)；近壁投掷的N-S(Moin)近壁涡粘度系数模型(Spalart)；分离涡模拟-详细-边缘模拟3，大涡模拟主要问题的4个非均匀过滤问题(微分和过滤的交换/误差)，3，大涡模拟主要问题的3个近壁子网格模型，(1)底复杂。(2)异常性强。(3)下垫分辨率和

7、计算量之间的矛盾；(4)多尺度性强。交通污染物排放和有毒有害气体泄漏等更多地出现在城市管层下，扩散范围跨多个街区。此外，大、中型风场的影响、微环境流的特性、数学模型和数值方法、(1)大涡模拟(Lagrange动力模式)(2)阻力因素和浸没边界方法的组合模型(3)分区并行计算的使用；(4)多尺度耦合计算。，3，大涡模拟应用城市大气微环境研究，2009年九月9日，城市大气微环境LES模拟，示例1:模型小区，示例3北京宝莲区，中等规模天气模拟(WRF)1001002公里；X 1公里；高分辨率社区模拟(湍流/污染扩散LES)221公里X=4 50米；例2澳门荷兰源区，2009年年九月9日，澳门荷兰源小

8、区例2，B:水坑尾距和东望洋街交叉口，检查点，2020/7/18，39，组合模型效果，2009年九月9日，平均展示计算域2.31.91.0(。 2020 11:00，西，东，气象厅，20336000，西，东，气象厅，山礼：局部流场气象所附近(地面2m)，山礼3360部分瞬时风场垂直，气象所北层剖面流场， 高雷诺数高环境流，直接数值模拟不现实。RANS模型不适合复杂的异常湍流。LES是一种现实的数值模拟方法。当前应用的子栅格模式更简单。特别是标量通量模式目前大部分使用湍流普朗特数的经验方法。标量湍流是2参数Re，Pr(或Sd)的动力系统(如果存在浮力或电磁场，则有更多参数)。4、总结与展望、4、

9、总结与展望、3、开发实用有效的子网格模型是大涡模拟方法走向工程的重要途径，深化了对湍流和标量运输本质的理解。注意：设置子栅格应力(动量通量)的想法和方法不完全适用于子栅格标量通量。标量湍流结构不同于湍流场，输送不是局部的。4.重点研究高雷诺数流动，大规模结构对小尺度脉动的影响，并开发多尺度耦合方法。5.需要进一步研究的突出问题：近壁阿格里德应力和标量通量模式、现有代数近壁模式(Schmann等)、平衡层模式(Piomelli等)、分离涡模式(DES、Spalart等)各有优缺点。要考虑多尺度效应，建立近壁(地)模型，还需要研究发展。第五，思考和创新1，描述你理解的湍流吗？2.湍流涡旋模拟方法的应用和发展的新视角？6，主要参考资料1。湍流理论和模拟2005章早顺、崔桂香、许春晓清华大学出版社2。湍流大小容石数值模拟的理论和应用2009章赵顺、崔桂香、许春晓清华大学出版社3。Cui g.x .Xu c . x . Fang l . Zhang z . s . and Shao l . 2007 a new sub grid eddy-viscosity model for large-eddy simulation of anisotropic turbulent 50 14(7)33602388-2394 6 . n . parket