不可压密度层化流动的变分多尺度大涡模拟湍流模型

IMECH-IR > 非线性力学国家重点实验室

	不可压密度层化流动的变分多尺度大涡模拟湍流模型
	朱力行
会议录名称	第十一届全国流体力学学术会议论文摘要集
	2020-12-03
页码	775
会议名称	第十一届全国流体力学学术会议
会议日期	2020-12-03
会议地点	中国广东深圳
摘要	带密度层化的不可压缩流动广泛出现在各类自然现象和工程实践中,包括大气边界层,海洋以及地球物理中的流动问题。在本文中,通过速度输运的主动标量场(温度,盐度或者密度),其变动对动量守恒的影响被考虑为Boussinesq浮力项。在该数学模型下,我们提出了针对不可压密度层化流动的基于残差的湍流模型。沿着T.J.R.Hughes和A.Masud等人提出的针对恒温不可压流动的变分多尺度框架,我们将速度、压强和相对温度场均分解为交叉的多级尺度,并以此推导出一系列可解析尺度和亚格子尺度相互耦合的混合场亚问题。通过克服亚格子尺度混合场亚问题的数值不稳定,我们可以求解出从可解析尺度场到亚格子尺度场映射的局部数值估计;换言之,通过变分多尺度框架,我们得到了一个允许能量和熵前向和后向散射的多级嵌套结构。此映射下得到的大涡模拟湍流模型,由动量、质量和能量守恒的Euler-Lagrange的残差驱动,以此保证了该模型在解析度逼近直接模拟尺度时会自然消失。本文提出的数值方法通过有限单元法离散;满足inf-sup条件,速度、压强和标量场同阶同网格;标准六面体和四面体单元均能实现;亚格子尺度通过标准泡方程进行离散。通过编制的并行程序,我们将该模型应用于一系列密度层化不可压缩流动的典型问题,包括Rayleigh-Benard不稳定,Rayleigh-Taylor不稳定以及平面湍流。通过与直接模拟和其他湍流模型的大涡模拟的比较,我们提出方法的准确性得到了充分验证。
关键词	变分多尺度法大涡模拟稳定有限元泡方程不可压缩流动密度层化
语种	中文
文献类型	会议论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/85643
专题	非线性力学国家重点实验室
作者单位	1.中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室 2.中国科学院大学工程科学学院
推荐引用方式 GB/T 7714	朱力行. 不可压密度层化流动的变分多尺度大涡模拟湍流模型[C]第十一届全国流体力学学术会议论文摘要集,2020:775.

条目包含的文件		下载所有文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
Cp2020052.pdf（941KB）	会议论文		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览下载