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第八届全国流体力学学术会议

作者：吴霆何国威张星中国科学院力学研究所非线性国家重点实验室

使用非结构网格有限体积方法,通过大涡模拟与壁模型计算了周期山状流。基于流动整体速度和山顶高度的雷诺数为10595。大涡模拟采用的网格可以解析下壁面的壁面层,而无法解析上壁面的壁面层。首先,比较了上壁面不采用壁模型时Vreman亚格... 详细信息

使用非结构网格有限体积方法,通过大涡模拟与壁模型计算了周期山状流。基于流动整体速度和山顶高度的雷诺数为10595。大涡模拟采用的网格可以解析下壁面的壁面层,而无法解析上壁面的壁面层。首先,比较了上壁面不采用壁模型时Vreman亚格子模式与动态Smagorinsky模式这两种亚格子模式的计算结果,发现在周期山状流中动态Smagorinsky模式的计算结果更接近参考值。其次,在采用动态Smagorinsky模式的情况下,比较了上壁面加上Werner-Wengle壁模型后的结果与不加壁模型的结果,发现壁模型对计算结果有一定影响。最后,还分析了周期山状流中的瞬态流场结构。

关键词：大涡模拟方法壁模型周期山状流

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前馈神经网络构造周期山状流的大涡模拟壁模型

前馈神经网络构造周期山状流的大涡模拟壁模型

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：周志登何国威杨晓雷中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室中国科学院大学工程科学学院

自然界以及工程流动通常处于高雷诺数、非定常的湍流状态,大涡模拟是预测非定常湍流的重要工具。在具有强压力梯度、分离和再附等流动特征的复杂壁湍流中,基于均衡假设的传统大涡模拟壁模型常常难以准确计算壁面切应力,从而无法为外区... 详细信息

自然界以及工程流动通常处于高雷诺数、非定常的湍流状态,大涡模拟是预测非定常湍流的重要工具。在具有强压力梯度、分离和再附等流动特征的复杂壁湍流中,基于均衡假设的传统大涡模拟壁模型常常难以准确计算壁面切应力,从而无法为外区流动提供准确的边界条件。针对传统壁模型无法准确预测复杂壁湍流的问题,我们以周期山状流为研究对象,以壁面解析的大涡模拟数据为基础,采用机器学习方法构造数据驱动的壁模型。首先进行数据准备,我们输出较长时间的展向截面瞬时流场,从下壁面的不同流向位置,沿法向取点,插值得到近壁流动数据。随后以壁面法向距离、近壁速度和压力梯度为输入特征,以流向和展向壁面切应力为输出标签,对其分别进行线性归一化,采用多隐层前馈神经网络训练壁模型。模型训练成功后,对其进行先验研究。在先验研究中,对于训练集内的瞬时应力和时均应力,模型都可以准确地预测,表明模型具有较高的预测精度;对于训练集以外的流动截面,模型预测与真实的时均应力在不同流向位置也有较好吻合,关联系数接近于1、相对误差接近于0,预测与真实的瞬时应力的变化趋势基本一致,脉动幅值略有差异,表明训练的壁模型具有较强的泛化能力。

关键词：周期山状流大涡模拟壁模型神经网络近壁流动

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大涡模拟的壁模型及其应用

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力学学报 2018年第3期50卷 453-466页

作者：吴霆时北极王士召张星何国威中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

大涡模拟是研究湍流的非定常特性的重要方法.但解析壁面层的大涡模拟所需的计算量与直接数值模拟相当,是大涡模拟在高雷诺数壁湍流数值模拟中所面临的主要困难.解析壁面层所需的网格尺度与壁面黏性长度同量级,是引起壁湍流大涡模拟计算... 详细信息

大涡模拟是研究湍流的非定常特性的重要方法.但解析壁面层的大涡模拟所需的计算量与直接数值模拟相当,是大涡模拟在高雷诺数壁湍流数值模拟中所面临的主要困难.解析壁面层所需的网格尺度与壁面黏性长度同量级,是引起壁湍流大涡模拟计算量增加的主要原因.壁模型通过模化近壁流动避免了完全解析壁面层,可以显著地降低壁湍流大涡模拟的计算量,是克服上述困难的有效方法.本文介绍了大涡模拟壁模型的主要类型;详细讨论了常用的壁面应力模型,特别是平衡层模型和双层模型的构建思路和特点;基于近壁流动的特征讨论了应力边界条件的必要性和适用性;指出了壁面应力模型的局限性以及考虑非平衡效应修正的各种方法;讨论了壁面应力模型的研究历史、最新进展和发展趋势,给出了常用的壁面应力模型的分支与发展关系图;并基于Werner-Wengle模型实现了周期山状流的大涡模拟.

关键词：大涡模拟壁模型壁面应力模型双层模型周期山状流

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基于滑移速度壁模型的复杂边界湍流大涡模拟

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力学学报 2019年第3期51卷 754-766页

作者：时北极何国威王士召中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

采用滑移速度壁模型实现了浸入边界方法与壁模型相结合的大涡模拟.本文首先分别采用平衡层模型和非平衡壁模型对周期山状流进行数值模拟,以考查在壁模型中考虑切向压力梯度的作用.数值结果表明,流场的压力对本文所采用的壁模型形式并不... 详细信息

采用滑移速度壁模型实现了浸入边界方法与壁模型相结合的大涡模拟.本文首先分别采用平衡层模型和非平衡壁模型对周期山状流进行数值模拟,以考查在壁模型中考虑切向压力梯度的作用.数值结果表明,流场的压力对本文所采用的壁模型形式并不敏感,但是考虑切向压力梯度可以显著改进壁面摩擦力的计算结果,并且能够准确的预测强压力梯度区以及分离区内的流动平均统计特性.不考虑压力梯度效应的平衡层模型显著低估了壁面摩擦力的分布,同时无法准确预测分离区内的平均速度剖面.非平衡模型的修正项正比于切向压力梯度和壁面法向距离,因此在强压力梯度区或者网格较粗时,计算得到的平均压力和摩擦力分布以及流动的低阶统计量均与参考的实验和计算结果吻合.在此基础上,通过回转体绕流的大涡模拟考查了该方法用于模拟高雷诺数壁湍流的适用性,非平衡壁模型可以准确地捕捉流动的物理结构并较准确地预测其水动力学特性.结果表明,将浸入边界方法与非平衡滑移速度壁模型相结合的大涡模拟,有望成为数值模拟复杂边界高雷诺数壁湍流的工具.

关键词：滑移速度壁模型浸入边界方法大涡模拟压力梯度周期山状流回转体绕流

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