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Structural ensemble dynamics based closure model for wall-bounded turbulent flow

Acta Mechanica Sinica 2009年第5期25卷 731-736页

作者： Zhen-Su She Ning Hu You Wu State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems and Dept Mechanical and Aerospace Engineering,College of Engineering, Peking University,100871 Beijing, China State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems and Dept Mechanical and Aerospace Engineering College of Engineering Peking University Beijing China

Wall-bounded turbulent flow involves the development of multi-scale turbulent eddies, as well as a sharply varying boundary layer. Its theoretical descriptions are yet phenomenological. We present here a new framework called structural ensemble dynamics （SED）, which aims at using systematically all relevant statistical properties of turbulent structures for a quantitative description of ensemble means. A new set of closure equations based on the SED approach for a turbulent channel flow is presented. SED order functions are defined, and numerically determined from data of direct numerical simulations （DNS）. Computational results show that the new closure model reproduces accurately the solution of the original Navier-Stokes simulation, including the mean velocity profile, the kinetic energy of the streamwise velocity component, and every term in the energy budget equation. It is suggested that the SED-based studies of turbulent structure builds a bridge between the studies of physical mechanisms of turbulence and the development of accurate model equations for engineering predictions.

关键词： Turbulence closure equation Channel flow Structural ensemble dynamics

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