二维大涡模拟步骤
二维大涡模拟步骤
二维大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）是一种基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法，用于研究流体力学中的湍流现象。它是在
雷诺平均湍流模拟（Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS）的基础
上发展起来的一种高精度模拟方法。下面将详细介绍二维大涡模拟的步骤。
1.定义几何模型：首先需要定义流动的几何模型，包括计算域的形状
和尺寸以及边界条件。对于二维大涡模拟，计算域通常是一个二维平面。
边界条件可以是速度入口、压力出口或壁面，这些条件将在模拟过程中保
持不变。
2.网格划分：将计算域划分为离散的小单元，形成计算网格。网格的
划分需要根据流动的复杂程度和几何形状进行调整，以确保模拟结果的精度。在二维大涡模拟中，通常采用结构化网格或非结构化网格。
3.初始化：在模拟开始之前，需要对流体的初始状态进行初始化。这
包括设置流体的初始速度场和压力场。对于具体的问题，初始条件可以使
用已有的实验数据或理论结果进行设定。
4. 求解Navier-Stokes方程：二维大涡模拟是基于Navier-Stokes
方程进行求解的。该方程描述了流体速度和压力随时间和位置的变化关系。通过用有限体积或有限差分等数值方法离散化Navier-Stokes方程，可以
得到一个离散的代数方程组。
5.大涡模拟模型：在LES中，大尺度涡旋由数值模拟解决，而小尺度
涡旋则采用传统的湍流模型进行处理。LES使用了一个滤波器来将流动场
分解为大尺度和小尺度的成分。对于大尺度成分，可以通过直接数值模拟
来解决；而对于小尺度成分，可以采用传统的湍流模型，如k-ε模型或
k-ω模型。在大涡模拟模型中，需要确定滤波器的类型和大小。
6. 时间步进：通过将时间离散化为一系列离散时间步长，可以在每
个时间步长内求解Navier-Stokes方程。时间步长的选择要满足稳定性和
精度的要求。通常可以通过在计算过程中进行数值稳定性和收敛性分析来
确定最佳的时间步长。
7.界面和数据处理：在模拟过程中，还需要处理边界条件以及在计算
网格中采样得到的数据。边界条件需要根据问题的要求进行设定，可以是
速度入口、压力出口或壁面。对于采样到的数据，可以计算平均速度、涡
旋强度和相关物理量等。
8.结果分析：模拟完成后，需要对结果进行分析。这包括对流场的可
视化、速度和压力的分布等方面的分析。通过与实验数据进行比较，可以
评估模拟的准确性和可信度。
总结：二维大涡模拟是一种高精度的数值模拟方法，可以用于研究湍
流现象和流动特性。通过定义几何模型、网格划分、初始化、求解
Navier-Stokes方程、大涡模拟模型、时间步进、界面和数据处理以及结
果分析等步骤，可以完成二维大涡模拟，并获取相关的流动特性和物理量。
大涡模拟
4.6.3大涡模拟LSE 大涡模拟LES 基本思想是：湍流运动是湍流运动是由许多大小不同尺度的涡旋组成，大尺度的涡旋对平均流动影响比较大，各种变量的湍流扩散、热量、质量、动量和能量的交换以及雷诺应力的产生都是通过大尺度涡旋来实现的，而小尺度涡旋主要对耗散起作用，通过耗散脉动来影响各种变量。不同的流场形状和边界条件对大涡旋有较大影响，使它具有明显的各向不均匀性。而小涡旋近似于各向同性，受边界条件的影响小，有较大的共性，因而建立通用的模型比较容易。据此，把湍流中大涡旋(大尺度量)和小涡旋(小尺度量)分开处理，大涡旋通过N-S 方程直接求解，小涡旋通过亚格子尺度模型，建立与大涡旋的关系对其进行模拟，而大小涡旋是通过滤波函数来区分开的。对于大涡旋，LES 方法得到的是其真实结构状态，而对小涡旋虽然采用了亚格子模型，但由于小涡旋具有各向同性的特点，在采用适当的亚格子模式的情况下，LES 结果的准确度很高。 大涡模拟LES 有四个一般的步骤： ①定义一个过滤操作，使速度分解u(x,t)为过滤后的成分(),u x t 和亚网格尺度成分u ’(x,t)，这里要特别指出：过滤操作和Reynolds 分解是两个不同的概念，亚网格尺度SGS 成分u ’(x,t)与Reynolds 分解后的速度脉动值是两个不同的量。过滤后的三维的时间相关的成分()t x u ,表示大尺度的涡旋运动； ②由N-S 方程推导过滤后的速度场进化方程，该方程为一个标准形式，其中包含SGS 应力张量； ③封闭亚网格尺度SGS 应力张量，可采用最简单的涡黏性模型； ④数值求解模化方程，从而获得大尺度流动结构物理量。 （1）过滤操作 LES 方法和一般模式理论不同之处在于对N-S 方程第一步的处理过程不一样。一般模式理论方法是对变量取平均值，LES 方法是通过滤波操作，将变量分成大尺度量和小尺度量。对任一流动变量(),u x t 划分为大尺度量(,)u x t 和小尺度量(),u x t '（亚格尺度）： (,)(,)(,)u x t u x t u x t '=+ 其中大尺度量是通过滤波获得:，过滤操作定义为： ()?-=dr t r x u x r G t x u ),(),(, （4.78） 式中积分遍及整个流动区域，(,)G r x 是空间滤波函数，它决定于小尺度运动的尺寸和结构。 滤波器G 要满足正规化条件 ?=1),(dr x r G （4.79） 亚网格尺度SGS 成分定义为 ),(),(),('t x u t x u t x u -= （4.80） 与Reynolds 分解不同的是，),(t x u 为一个随机的场分布，且 0),('≠t x u
二维大涡模拟步骤
二维大涡模拟步骤 二维大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）是一种基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法，用于研究流体力学中的湍流现象。它是在 雷诺平均湍流模拟（Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS）的基础 上发展起来的一种高精度模拟方法。下面将详细介绍二维大涡模拟的步骤。 1.定义几何模型：首先需要定义流动的几何模型，包括计算域的形状 和尺寸以及边界条件。对于二维大涡模拟，计算域通常是一个二维平面。 边界条件可以是速度入口、压力出口或壁面，这些条件将在模拟过程中保 持不变。 2.网格划分：将计算域划分为离散的小单元，形成计算网格。网格的 划分需要根据流动的复杂程度和几何形状进行调整，以确保模拟结果的精度。在二维大涡模拟中，通常采用结构化网格或非结构化网格。 3.初始化：在模拟开始之前，需要对流体的初始状态进行初始化。这 包括设置流体的初始速度场和压力场。对于具体的问题，初始条件可以使 用已有的实验数据或理论结果进行设定。 4. 求解Navier-Stokes方程：二维大涡模拟是基于Navier-Stokes 方程进行求解的。该方程描述了流体速度和压力随时间和位置的变化关系。通过用有限体积或有限差分等数值方法离散化Navier-Stokes方程，可以 得到一个离散的代数方程组。 5.大涡模拟模型：在LES中，大尺度涡旋由数值模拟解决，而小尺度 涡旋则采用传统的湍流模型进行处理。LES使用了一个滤波器来将流动场 分解为大尺度和小尺度的成分。对于大尺度成分，可以通过直接数值模拟
来解决；而对于小尺度成分，可以采用传统的湍流模型，如k-ε模型或 k-ω模型。在大涡模拟模型中，需要确定滤波器的类型和大小。 6. 时间步进：通过将时间离散化为一系列离散时间步长，可以在每 个时间步长内求解Navier-Stokes方程。时间步长的选择要满足稳定性和 精度的要求。通常可以通过在计算过程中进行数值稳定性和收敛性分析来 确定最佳的时间步长。 7.界面和数据处理：在模拟过程中，还需要处理边界条件以及在计算 网格中采样得到的数据。边界条件需要根据问题的要求进行设定，可以是 速度入口、压力出口或壁面。对于采样到的数据，可以计算平均速度、涡 旋强度和相关物理量等。 8.结果分析：模拟完成后，需要对结果进行分析。这包括对流场的可 视化、速度和压力的分布等方面的分析。通过与实验数据进行比较，可以 评估模拟的准确性和可信度。 总结：二维大涡模拟是一种高精度的数值模拟方法，可以用于研究湍 流现象和流动特性。通过定义几何模型、网格划分、初始化、求解 Navier-Stokes方程、大涡模拟模型、时间步进、界面和数据处理以及结 果分析等步骤，可以完成二维大涡模拟，并获取相关的流动特性和物理量。
大涡模拟使用二阶格式
大涡模拟使用二阶格式 摘要： 1.大涡模拟的概述 2.二阶格式的定义和应用 3.大涡模拟中二阶格式的具体应用 4.二阶格式在大涡模拟中的优势 5.未来发展趋势和挑战 正文： 一、大涡模拟的概述 大涡模拟（LES，Large Eddy Simulation）是一种用于研究流体运动的数值模拟方法。这种方法通过计算机模拟流体中的大尺度涡旋结构，以揭示流体运动的基本规律。大涡模拟在气象学、海洋学、航空航天等领域具有广泛的应用价值。 二、二阶格式的定义和应用 在数值模拟中，格式的选择对模拟结果的精度和稳定性具有重要影响。二阶格式是一种常见的格式，它通过对涡旋的二次幂项进行建模，能够较为准确地描绘流体涡旋的演化过程。二阶格式在许多数值模拟领域得到了广泛应用，如大气模拟、海洋模拟等。 三、大涡模拟中二阶格式的具体应用 在大涡模拟中，二阶格式被用于描述流体涡旋的演化过程。通过对涡旋的二次幂项进行建模，二阶格式能够较为准确地描绘大尺度涡旋的结构和演化规律。这使得大涡模拟在许多情况下能够得到比其他模拟方法更为准确的结果。
四、二阶格式在大涡模拟中的优势 相较于其他格式，二阶格式在大涡模拟中具有以下优势： 1.较高的模拟精度：二阶格式能够较为准确地描绘流体涡旋的结构和演化规律，从而使得模拟结果具有较高的精度。 2.较好的稳定性：二阶格式对涡旋的二次幂项进行建模，使得模拟过程中涡旋的能量耗散较为缓慢，从而有利于模拟的稳定性。 3.适用性广泛：二阶格式不仅适用于大气模拟，还可以应用于海洋模拟等领域，具有广泛的应用价值。 五、未来发展趋势和挑战 随着计算机技术的不断发展，大涡模拟在未来将面临更多的发展机遇和挑战。
超声速边界层转捩拟序结构大涡模拟
超声速边界层转捩拟序结构大涡模拟 潘宏禄 , 马汉东 , 王 强 ( 航天空气动力技术研究院 , 北京 100074) 摘 要 : 针对超声速边界层转捩问题 ,以五阶迎风和六阶对称紧致格式数值求解三维可压缩滤波 Navier 2S tokes 方程 ,对马赫数 4. 5 ,雷诺数 10000 的空间发展超声速平板边界层的谐波扰动转捩问题进行了大涡模拟 。时间推进采 用紧致存储三阶 Runge 2K utta 方法 ,亚格子尺度模型为修正 S mag orinsky 涡粘性模型 。通过入口叠加一对线性最不稳定 第一模态斜波扰动的方法 ,得到了从线性Π弱非线性扰动增长 、交替 Λ 涡结构出现到演化为发卡涡的转捩过程 ;针对 剪切层结构等现象 ,给出了该转捩拟序运动的详细讨论 。比较显示 ,转捩结构及摩擦系数曲线等同理论分析吻合 。 关键词 : 超声速边界层 ; 转捩 ; 拟序结构 ; 大涡模拟 中图分类号 : O357. 5 ; V211. 3 文献标识码 :A 文章编号 :100021328 (2006) 0320498205 拟序结构的演化过程 。在数值算法上 ,文 2 4 均采 0 引言 用 Wray 的紧致存储三步三阶显式 Runge 2K utta 方法 进行时间推进 5 ,并在壁面法线方向采用六阶对称紧 致格式 ,在空间周期方向采用伪谱 F ourier 配置方法 进行空间离散 。显式数值模拟的突出优点是运算程 序易于向量化和并行化 。 本文将一个混合型高精度紧致格式引入超声速 平板边界层转捩结构的大涡模拟 ,三维滤波 Navier 2 Stokes 方程的对流项经矢通量正负分裂后由五阶迎 风紧致格式离散 ,粘性项则由六阶对称紧致格式离 散 。通过在入口处叠加一对最不稳定第一模态斜波 扰动 ,计算得到了从线性/ 弱非线性扰动增长 、交替 Λ 涡结构出现到发卡涡形成及破碎的转捩演化过 程 ,验证了算法的有效性 。 边界层转捩是航空航天超声速Π高超声速技术领 域的前沿基础问题之一 。高 Mach 数边界层转捩的认 识 、预测 、控制对高速飞行器设计具有重要意义 。 在高速边界层转捩研究中 ,直接数值模拟和大涡 模拟 (Large Eddy Simulation , L E S ) 等数值方法起着重 要作用 。1992 年 , Sandham & K leiser 1 直接数值模拟 确认了一种不可压槽道近壁湍流的产生机理 ,它主要 由流向涡和分离剪切层以尺度逐渐减小直至粘性极 限的链状方式组成 。1996 年 ,Adams & K leiser 2 直接 数值模拟了 Mach 数为 4. 5 的时间发展平板边界层 , 证明类似的近壁湍流产生机理在较高 Mach 数下也是 存在的 。时间发展模拟需对平均流引入先验假设 ,忽 略其非平行性 ,这仅适用于从线性/ 弱非线性相互干 扰区域到转捩后期出现强非线性干扰的很短流向区 域内 ,随即湍流开始 。时间发展模拟的计算域应足够 长 ,要包含所有重要的相互干扰模态 。计算域流向周 期通常由基本不稳定扰动波决定 ,它的选取也是先验 的 。若适当计及平均流的非平行性效应 ,时间发展模 拟在一定程度上可同空间失稳模式相匹配 3 。直接 数值模拟的主要不足是运算量和存储量偏大 ,对充分 发展湍流计算得到的壁面摩擦系数和速度剖面等变 量的精度不高 。1999 年 ,Shan 4 等采用滤波结构函数 亚格子尺度模型 ,大涡模拟了 Mach 数为 4. 5 的空间 发展平板边界层 ,给出了流向 Λ 涡和发卡涡等转捩 1 数值模型 1. 1 滤波 Navier 2Stokes 方程 基于广义 Newton 定律以及 Stokes 假设 ,在瞬时 Navier 2Stokes 方 程 的 基 础 上 , 进 行 空 间 Favre 滤 波 。 滤波后控制方程的守恒形式为 5ρ ˉ`u j 5ρˉ + = 0 5 t 5 x j 5ρˉ`u i 5ρˉ`u i `u j 5 ˉp 5 Γij + = + 5 t 5ρˉ`e 5 x 5 x i 5 x j j 5 5 + 5 x (ρˉ`e + ˉp ) `u j = (Θj + Γij `u i ) 5 t 5 x i j 收稿日期 :2005208201 ; 修回日期 :2005210213 基金项目 :国家安全重大基础研究 (51324)
大涡模拟
大涡模拟,英文简称LES(Large eddy simulation),是近几十年才发展起来的一个流体力学中重要的数值模拟研究方法。它区别于直接数值模拟(DNS)和雷诺平均(RANS)方法。其基本思想是通过精确求解某个尺度以上所有湍流尺度的运动，从而能够捕捉到RANS方法所无能为力的许多非稳态，非平衡过程中出现的大尺度效应和拟序结构，同时又克服了直接数值模拟由于需要求解所有湍流尺度而带来的巨大计算开销的问题，因而被认为是最具有潜力的湍流数值模拟发展方向。 由于计算耗费依然很大，目前大涡模拟还无法在工程上广泛应用，但是大涡模拟技术对于研究许多流动机理问题提供了更为可靠的手段，可为流动控制提供理论基础，并可为工程上广泛应用的RANS方法改进提供指导。 大涡模拟方法 其主要思想是大涡结构（又称拟序结构）受流场影响较大，小尺度涡则可以认为是各向同性的，因而可以将大涡计算与小涡计算分开处理，并用统一的模型计算小涡。在这个思想下，大涡模拟通过滤波处理，首先将小于某个尺度的旋涡从流场中过滤掉，只计算大涡，然后通过求解附加方程得到小涡的解。过滤尺度一般就取为网格尺度。显然这种方法比直接求解RANS 方程和DNS 方程效率更高，消耗系统资源更少，但却比湍流模型方法更精确。 大涡模拟的基本操作就是低通滤波。一个LES滤波器可以被用在时空场Φ（x,t）中实现时间滤波或空间滤波或时空滤波
扬州大学 大涡模拟理论及应用 紊流力学 大涡模拟理论及应用 一、概述 实际水利工程中的水流流动几乎都是湍流。湍流是空间上不规则和时间上无秩序的一种非线性的流体运动，这种运动表现出非常复杂的流动状态，是流体力学中有名的难题。100 多年来无数科学家投身到它的研究当中，从1883 年Reynolds 开始的层流过渡到湍流的著名圆管实验到现在，对湍流的基础理论研究呈现出多个分支，其主要方向有：湍流稳定性理沦、湍流统计理论、湍流模式理论、湍流实验、切变湍流的逆序结构、湍流的大涡模拟和湍流的直接数值模拟。在这些方向当中，比较有代表性的是湍流模式理论。但它的平均运算却将脉动运动的全部行为细节一律抹平，丢失了包含在脉动运动中的大量有重要意义的信息，而且各种湍流模型都有一定的局限性、对经验数据非常依赖、预报程度较差。近代计算机技术的飞速发展给人们提供了解决湍流问题的新途径，公认比较有前途的是大涡模拟和直接数值模拟。但由于受到计算机速度和容量的限制，直接数值模拟还仅限于低雷诺数的流动，对于高雷诺数的完全数值模拟目前还不可能。而大涡模拟是介于直接数值模拟和湍流模式理论之间的折衷物，由于其具有较少的计算消耗和较高的计算精度，正显示出越来越强的生命力。 二、大涡模拟
大涡模拟简单介绍
大涡模拟简单介绍 大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）是一种流体动力学数值模拟方法，用于模拟湍流流动。相比于传统的雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）模拟方法，LES可以更准确地捕捉流动中的湍流结构和湍流涡旋，并且消除了能量储存和耗散的子网格模型假设。 LES的基本原理是在Navier-Stokes方程的基础上，通过滤波器将流动变量划分为长时间和空间尺度下的平均分量和湍流分量。经过充分滤波的方程组被认为是LES方程组，其中长时间和空间尺度下的平均分量由RANS求解，湍流分量则采用直接数值模拟（DNS）或者更为常见的子网格模型进行近似。LES方程组通常采用基于物理的平滑学习系数（Smagorinsky模型）或者基于数值的子网格尺度计算方法来估计湍流涡旋的剪切应力。 与传统的RANS模拟相比，LES能够提供更多细节的湍流结构信息，从而更好地预测湍流流动中的流场特性，比如涡旋结构、湍流能量传递、湍流耗散等。这些信息对于工程问题的分析和设计有着重要的意义，比如风力发电机翼型的气动性能、船舶外形的水动力性能等。 LES的优势主要体现在以下几个方面： 1.湍流结构预测能力：LES可以更准确地模拟湍流结构，包括涡旋的生成、演化和消散过程，因此能够提供更详尽的湍流流场信息。 2.湍流能量传递和耗散特性：LES能够有效地预测湍流能量的传递和耗散特性，对于评估流动中的湍流耗散和能量损失有着重要的意义。
3.均匀流动和非均匀流动的统一模拟：与传统的RANS方法相比，LES 对均匀流动和非均匀流动有着较好的统一模拟能力。对于非均匀流动， LES能够更好地预测局部湍流结构的分布和演化。 4.对涡旋缩放和旋转的准确模拟：LES能够模拟涡旋的缩放和旋转过程，能够提供更真实的细节湍流结构信息。 尽管LES在提供细节湍流结构信息方面具有优势，但其计算成本较高，主要体现在网格分辨率和时间步长上。由于需要考虑到湍流结构的空间和 时间变化，LES所需的网格分辨率通常较高，这对计算资源的要求较高。 另外，由于模拟湍流结构的时间尺度较小，时间步长也需要较短，导致计 算耗时增加。 目前，LES已经广泛应用于气动、水动力学、燃烧和环境等领域的研 究和工程应用中。例如，飞行器气动力学研究中常使用LES来模拟气动性 能和气动噪声；水动力学研究中常使用LES来模拟水下结构物周围的湍流 流动；燃烧研究中常使用LES来模拟燃烧过程中的湍流传输和热传导等。 随着计算资源的提升和计算方法的改进，LES在更多领域的应用将会得到 进一步的推广和发展。
大涡模拟使用二阶格式
大涡模拟使用二阶格式 什么是大涡模拟？ 大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）是一种计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）方法，用于模拟流体中的湍流现象。与直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，简称DNS）相比，LES通过将湍流现象划分为大尺度的涡旋和小尺度的湍流能量耗散，从而减少计算量。 在LES中，大尺度的涡旋是直接解算的，而小尺度的湍流能量耗散则通过模型来近似。这种方法可以更准确地预测湍流现象，并在流体力学研究和工程应用中发挥重要作用。 二阶格式在大涡模拟中的应用 在大涡模拟中，数值格式的选择对模拟结果的准确性和稳定性至关重要。二阶格式是一种常用的数值格式，它具有较高的准确性和稳定性，并且计算效率较高。 二阶格式是指在数值计算中，通过在网格上采用二阶差分格式来逼近偏微分方程的导数项。它可以更准确地捕捉流体中的湍流现象，提高模拟结果的精度。 在大涡模拟中，二阶格式可以应用于对Navier-Stokes方程的离散化。Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程，通过对其进行离散化，可以得到数值解。 二阶格式通过在时间和空间上进行二阶差分逼近，将Navier-Stokes方程离散化为一系列代数方程。这些代数方程可以使用迭代方法求解，从而得到流场的数值解。 大涡模拟使用二阶格式的步骤 1.网格生成：首先需要生成适合模拟的网格。网格的密度和结构对模拟结果具 有重要影响，要根据具体问题选择合适的网格生成方法。 2.边界条件设定：在模拟中，需要设定合适的边界条件。边界条件可以是流体 的速度、压力或其他物理量的值，要根据实际情况进行设定。 3.初始条件设定：在模拟开始之前，需要设定流场的初始条件。初始条件可以 是流体的速度、压力或其他物理量的分布情况。 4.数值格式选择：选择合适的二阶格式进行离散化。常用的二阶格式有中心差 分格式、向前差分格式和向后差分格式等。 5.时间步长设定：选择合适的时间步长进行计算。时间步长的选择要考虑模拟 的稳定性和计算效率。
大型客机复杂可压缩流的大涡模拟主要研究方法
大型客机复杂可压缩流的大涡模拟主要研究方法 一、大涡模拟基础 1. 大涡模拟简介 大涡模拟是一种将流场分解成小尺度湍流和大尺度湍流的方法。在LES中，大尺度结构通过直接数值模拟来求解，而小尺度结构则通过子网格模型（sub-grid model）进行建模。由于小尺度结构不再需要直接求解，因此可以使用更粗的网格来进行计算，从而减少计算量。同时，LES还能够提供更加真实的湍流统计数据，如湍流强度、湍流长度等。 2. LES的优点和局限性 与其他流体力学方法相比，LES有以下几个优点： （1）能够考虑湍流中的时间和空间尺度差异，提供更加真实的湍流信息； （2）计算结果对于网格的依赖性相对较小，使得计算可以在较粗的网格上进行； （3）LES能够模拟复杂流场，如湍流燃烧、多相流等。 虽然LES具有很多优点，但它也有一些局限性： （1）计算量较大，需要使用高性能计算机进行计算； （2）由于需要建立子网格模型，LES的结果可能受到模型误差的
影响； （3）由于直接数值模拟只考虑了大尺度结构，因此对于小尺度结构的预测可能存在误差。 二、大涡模拟在大型客机流场研究中的应用 1. 大涡模拟在飞行器气动力学研究中的应用 大型客机的外形复杂，流场也非常复杂。对于这样的流场，传统的计算流体力学方法可能无法准确地预测气动力学行为。因此，大涡模拟成为研究大型客机流场的一种重要方法。在大涡模拟中，通过将流场分解成大尺度结构和小尺度结构，可以更加准确地模拟大型客机流场中的湍流现象。大涡模拟还能够提供更加真实的气动力学数据，如升阻比、气动力矩等。这些数据对于飞机设计和优化非常重要。 2. 大涡模拟在飞行器噪声研究中的应用 随着人们对噪声污染的关注度不断提高，飞机噪声研究也越来越受到关注。大型客机飞行时产生的噪声主要来自于引擎和机翼表面的湍流。由于湍流现象非常复杂，传统的计算流体力学方法无法准确地预测噪声的产生和传播。因此，大涡模拟成为研究飞机噪声的一种重要方法。通过大涡模拟，可以更加准确地模拟湍流现象，从而预测噪声的产生和传播方式。这对于飞机噪声控制有着重要的意义。 3. 大涡模拟在飞行器油耗研究中的应用 飞机的油耗直接影响其经济性能。在飞行器的设计和优化过程中，降低油耗是一个非常重要的目标。然而，由于大型客机的外形和流场非常复杂，传统的计算流体力学方法可能无法准确地预测油耗。因此，
大涡模拟代数方程
大涡模拟代数方程 近年来，大涡模拟代数方程的研究取得了重大进展，成为数学学术界的一个热门研究课题。大涡模拟代数方程是一种非常有用的数学方法，它通过模拟现象来解决复杂的数学问题。大涡模拟代数方程是由多位数学家推导出来的，大涡准则可以被用来模拟物理现象，包括大气、海洋、磁场、天空、水体和土壤等。 大涡模拟代数方程的模拟可以解决复杂的数学问题，包括热传导、流动和结构变形方程等。大涡模拟代数方程的基本原理是使用如下的基本方程：(u) = 0，其中u表示流速变量；F(u)表示热传导方程； G(u)表示流动方程；H(u)表示结构变形方程。这些方程的解都是可以使用大涡解法来解决的。 大涡模拟代数方程的优点是可以用于解决许多复杂的数学模型，比如热传导方程、流动方程和结构变形方程等。另外，它所求得的解也是稳定的，因此它在复杂情况下也是可以信任的。 大涡模拟代数方程也可以应用在计算机上，它的实施可以大大加快计算速度，并有效地减少复杂数学模型的计算。大涡模拟代数方程可以通过计算机解决复杂问题，它可以解决一些复杂的物理问题，如水泵、叶片流体动力学、汽轮机等。 另外，大涡模拟代数方程也可以用于试验室测试，可以准确预测实验室中实际测试结果，这样可以更好地控制实验和理论结果一致。 然而，大涡模拟代数方程也有一些不足之处，比如它的运算速度较慢，而且它的模拟也只能应用于相同的条件下，也就是说，在不同
的环境下，它的精度会有所下降。 本文简要介绍了大涡模拟代数方程的研究内容、优点和不足之处。大涡模拟代数方程可用于建立与实际物理系统相关的数学模型，可以有效地减少复杂数学问题的计算难度，同时也可以用于试验室测试，预测实际实验结果。然而，它也存在着一些不足之处，需要在今后的研究中加以克服。
基于并行计算的大涡模拟方法及其工程应用基础研究
基于并行计算的大涡模拟方法及其工程应用基础研究 基于并行计算的大涡模拟方法及其工程应用基础研究 摘要：大涡模拟是一种流体力学数值模拟方法，可以用于研究复杂的湍流流动现象。本文主要介绍了基于并行计算的大涡模拟方法的工程应用基础研究。首先，简要介绍了大涡模拟的基本原理和发展历程。然后，详细讨论了基于并行计算的大涡模拟方法的原理和实现技术。最后，给出了大涡模拟在航空航天领域的工程应用实例，并对未来的研究方向进行了展望。 关键词：大涡模拟；并行计算；工程应用 1. 研究背景和意义 湍流流动是自然界中普遍存在的物理现象，也是很多工程流动问题的核心。为了深入了解湍流流动的特性和行为，科学家们开展了大量的研究工作，并提出了各种模拟方法。其中，大涡模拟是一种重要的数值模拟方法，可以在工程应用中有效地模拟湍流流动现象。而基于并行计算的大涡模拟方法可以显著提高计算效率，使得大规模问题得以解决。因此，研究基于并行计算的大涡模拟方法及其工程应用具有重要的意义。 2. 大涡模拟方法的原理和发展 大涡模拟是一种基于直接数值模拟的数值方法，将流动现象分为大涡和小涡两个尺度，通过直接模拟大涡，采用模型化的方法对小涡进行模拟。该方法与传统的雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）方法相比，能够更准确地描述湍流的空间和时间演化。大涡模拟的发展经历了直接数值模拟、数值风洞方法、壁面模型、子网格模型等阶段。 3. 基于并行计算的大涡模拟方法 并行计算技术是提高计算效率的重要手段，对于大涡模拟方法
的实现具有重要意义。基于并行计算的大涡模拟方法主要包括空间分解方法和时间分解方法两种。空间分解方法将计算域划分为多个小域，每个小域由一个处理器负责计算。时间分解方法将计算过程划分为多个时间步，每个时间步由一个处理器负责计算。同时，还可以采用混合方法，将空间分解和时间分解相结合，进一步提高计算效率。 4. 工程应用实例 大涡模拟在航空航天领域的工程应用广泛。以风洞试验为例，通过大涡模拟方法可以模拟复杂的空气动力学现象，并且可以提供详细的湍流信息，对于提高飞行器的气动性能具有重要意义。此外，大涡模拟还可以用于模拟喷气燃烧器燃烧过程的湍流流动，优化燃烧器设计，提高燃烧效率。 5. 研究展望 基于并行计算的大涡模拟方法在工程应用中取得了显著成果，但仍存在一些问题。例如，计算规模和计算精度之间的矛盾，计算耗时和计算资源之间的平衡等。未来的研究可以从以下几个方面展开：进一步提高计算效率，改进并行计算算法和技术；结合实验数据对模拟结果进行界定和验证，提高模拟结果的准确性；研发适用于复杂工程问题的大涡模拟模型，提高模拟的适用性。 总结：基于并行计算的大涡模拟方法是一种重要的数值模拟方法，可以应用于研究和解决各种复杂的湍流流动问题。本文对该方法的原理和发展进行了详细介绍，并给出了在航空航天领域的工程应用实例。未来的研究应进一步提高计算效率，改进模拟模型和验证方法，推动基于并行计算的大涡模拟方法在工程领域的应用
大涡模拟的原理
大涡模拟的原理 大涡模拟（LargeEddySimulation，LES）是一种计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法，其原理是将一些较大的涡旋（即大涡）直接模拟，而将较小的涡旋（即小涡）视为无规则的湍流运动，采用统计方法进行计算。大涡模拟通常是用于解决高雷诺数（即湍流）流动问题的一种方法，因为在这种情况下，小涡流动的运动和相互作用变得非常复杂。大涡模拟可以提供比传统雷诺平均 Navier-Stokes（RANS）模拟更准确的结果，但需要更高的计算能力。 大涡模拟的基本原理是使用Navier-Stokes方程，将它们分解成大涡和小涡两部分。大涡部分的运动由一个格子大小相当于大涡尺度的网格解决，而小涡部分的运动则由一个更小的网格解决。这个方法对小涡流动的运动和相互作用进行了统计分析，而对大涡部分的运动则直接模拟。这种模拟方法使得模拟的精度得到了提高，因为大涡更好地反映了流动的物理特性。 大涡模拟的优点在于可以模拟大涡和小涡之间的相互作用和转移，从而更好地反映真实流动的情况。同时，大涡模拟所需要的计算资源相对于直接模拟湍流的方法要少一些，因为小涡部分的流动采用统计方法进行计算。 然而，大涡模拟也有一些缺点。首先，它需要更高的计算能力，因为需要更小的网格来模拟小涡运动。其次，大涡模拟也需要更多的物理数据，如湍流尺度，以确定如何分解Navier-Stokes方程。
总体而言，大涡模拟是一种非常有用的计算流体力学方法，可以用于解决高雷诺数流动问题。它比传统的雷诺平均 Navier-Stokes 方法更准确，但计算成本更高。因此，大涡模拟通常在计算资源充足的情况下使用，以获得更准确的结果。
fluent二维大涡模拟命令
fluent二维大涡模拟命令 Fluent是流体动力学模拟软件的一种，它提供了二维大涡模拟命令用于模拟二维涡旋动力学过程。本文将分步骤阐述如何使用Fluent 二维大涡模拟命令。 第一步，打开Fluent软件。进入“File”菜单，选择“New”打 开一个新的工作文件。在Fluent主界面的左侧面板选择“2D”选项卡，然后选择“Viscous”和“Steady”选项后点击“Create/Edit”按钮。 第二步，进入“Grid”界面。在“Mesh”选项卡中选择“2D Mesh”菜单，选择“Triangle”网格类型。随后，选择“Mechanical”类型并调整所需参数，包括网格的大小、分辨率、以及其他关键点的 划分数量。最后，点击“Generate Mesh”按钮生成网格。 第三步，设置边界条件。在Fluent主界面的左侧面板选择“Boundary Conditions”选项卡。根据需要设置边界条件，包括入口 和出口边界、容器壁边界和物体边界。基本的物理条件包括质量流速、温度和密度。 第四步，设置模拟参数。在Fluent主界面的左侧面板选择“Solution”选项卡。首先选择“Viscous”和“Steady”选项，然后 在“Methods”菜单中选择“Unsteady”. 调整所需参数并计算时间， 包括时间步长和计算时间范围。 第五步，开始求解二维大涡模拟。在Fluent主界面的左侧面板 选择“Compute”选项卡，点击“Start Calculation”按钮开始求解。 第六步，查看二维大涡模拟结果。在Fluent主界面的左侧面板 选择“Graphics”选项卡。根据需要选择显示不同的结果，包括速度 分布、温度变化、实体形态等等。 以上是使用Fluent二维大涡模拟命令的步骤。通过学习和实践，我们可以使用Fluent来分析和解决各种相关的物理、化学和工程问题。
fluent 二维大涡模拟命令
fluent 二维大涡模拟命令 Fluent（通常称为ANSYS Fluent）是一种基于计算流体动力学（CFD）的软件，它使用数值方法解决流体力学和热力学方程。Fluent支持多个求解器，包括稳态、非稳态、可压缩和不可压缩流体求解器。其中，二维大涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）是一种 用于模拟湍流流动的CFD方法，通过分解流体的速度场为大尺度和小尺度来模拟湍流流动。本文将介绍Fluent中二维大涡模拟的相关命令。 1. 设定模拟参数 在开始二维大涡模拟前，需要设定一些模拟参数，包括流体属性和边界条件。在 Fluent中，通过以下命令可以设定流体属性和边界条件： （1）设定流体属性 DEFINE > MODELS > VISCOSITY 2. 定义二维网格 在进行CFD模拟前，需要先定义计算网格，以便数值求解器能够在其上执行算法。在Fluent中，通过以下命令定义二维网格： （1）导入二维网格 FILE > IMPORT > MESH 3. 指定求解器 有关Fluent的求解器已经在第一段中提到。在进行二维大涡模拟时，可以选择可压缩或不可压缩流体求解器作为替代。 （2）可压缩流体求解器 SOLVE > COMPRESSIBLE FLOW/HEAT TRANSFER > STEADY 模拟模型是模拟过程中使用的具体模型。在Fluent中，用户可以选择不同的模拟模型。 （1）可分离流边界层（Detached Eddy Simulation，DES） MODEL > VISCOSITY > DES （2）壁面函数（Wall Function）
MODEL > VISCOSITY > WALL FUNCTION 在进行CFD模拟时，需要设定一些计算参数以控制模拟进程，以及获得所需的结果。在Fluent中，用户可以使用以下命令设定计算参数： 6. 运行模拟 在完成所有设定后，可以通过以下命令在Fluent中运行二维大涡模拟： SOLVE > EXECUTE COMMAND FILE > RUN 此时，Fluent将自动执行过程，直至收敛或达到设定的计算时间。在模拟结束后，用户可以通过以下命令保存结果： 结论： Fluent是一个功能强大的CFD软件，可以用于模拟各种流体力学问题。通过本文介绍的命令，用户可以在Fluent中进行二维大涡模拟，并获得所需的结果。当然，如何准确选择模拟模型和设定模拟参数也十分重要。通过不断地学习和实践，我们可以在Fluent中获得更好的模拟结果。
浅谈大涡模拟
浅谈大涡模拟 摘要:湍流流动是一种非常复杂的流动，数值模拟是研究湍流的主要手段，现有的湍流数值模拟的方法有三种：直接数值模拟、大涡模拟和雷诺平均模型。本文主要是介绍大涡模拟,大涡模拟的思路是:直接数值模拟大尺度紊流运动,而利用亚格子模型模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动的影响.大涡模拟在计算时间和计算费用方面是优于直接数值模拟的,在信息完整性方面优于雷诺平均模型.本文还介绍了对N—S方程过滤的过滤函数和一些广泛使用的亚格子模型，最后简单对一些大涡模拟的应用进行了阐述。 关键词:计算流体力学；湍流;大涡模拟；亚格子模型 ﻬA simple study of Lａrge EddｙＳｉmｕlation DIＮG Puxian (Centrａl South University, Ｓcｈool of Eｎergy ＳciｅｎcｅaｎｄPowｅｒEｎgiｎ eering,Chaｎgｓｈa, Hｕnan, ４１00８3) Abｓtracｔ:Tｕrbulentｆlow iｓa vｅry ｃomplex flow，anｄnumerｉｃａl simｕlatｉon ｉs the m ａin ｍeａns to study ｉt．Ｔhere aｒe tｈree nｕｍeriｃａl simuｌation mｅｔhｏｄs:dirｅｃt numer ｉcal sｉmulation，ｌarｇeｅddy ｓimulａtiｏn,Ｒｅynｏlds averageｄＮavier—Stokｅs metｈｏd. La ｒge ｅddｙsimulation (LＥＳ）ｉs mainly introdｕｃed in ｔhis paper。The main idｅa of LEＳis thａt larｇe edｄｉｅｓａrｅresoｌved dirｅctｌｙandｔhｅeffeｃt of thｅsmalｌｅｄdies on thｅlarge eｄdｉｅs is modeledｂy ｓuｂｇrid ｓｃａlｅｍodel。Large eddｙsiｍulatiｏn calculａtｉｏn ｉn compｕｔing time and cｏst is sｕｐerior to direｃt numericaｌｓｉmulaｔion，and obt ａin moｒe ｉnformatioｎtｈａn Reynｏldｓaveraged Navier－Stｏkes method. The Navier—Ｓtokｅｓequations filtering filtｅrｆunｃｔｉon anｄｓome extensｉｖe use of tｈe subgrｉd scale mｏdel are si ｍｐly dｉｓcussｅｄiｎthiｓpapeｒ。Ｆinallｙ, some simｐle appliｃations ｏf larｇｅeddy ｓｉmul ａtｉon ａｒｅtoｌd。 Kｅy woｒdｓ:computatｉonaｌｆluid dyｎamics；ｔｕｒbｕleｎce; larｇe eｄdy simulａtiｏn；subgrid s ｃａle ｍｏｄｅl
流函数-涡量法的二维方腔流数值模拟(matlab编程)
流函数- 涡量法的二维方腔流数值模拟 基本方程： ① 在直角坐标系下，不可压非定常流体所满足的流函数涡量形式的N-S 方程为 221Re u v t x y ξ ξξξψξ∂∂∂⎧++=∇⎪∂∂∂⎨⎪∇=-⎩ 其中 ,u v y x ψψ ∂∂= =-∂∂ Re 为雷诺数 差分格式： 采用FTCS 格式有： 1,,1,1,,1,1 1,,1,,1,,1,,22 22122Re ()()n n n n n n n n n n n n i j i j i j i j i j i j i j i j i j i j i j i j n n i j i j u v t x y x y ξξξξξξξξξξξξ++-+-+-+-⎛⎫----+-+=--++ ⎪ ⎪∆∆∆∆∆⎝⎭
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