[发明专利]一种生成各向同性湍流脉动速度场方法

权利要求书

1.一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，包括下述步骤：

生成各向同性湍流脉动速度场并将其平均动能规整到目标平均动能；

计算各向同性湍流脉动速度场耗散量得到维持湍流所需补偿量；

采用线性补偿量作为动量方程源项保持湍流脉动系统。

2.根据权利要求1所述一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，所述生成各向同性湍流脉动速度场并将其平均动能规整到目标平均动能，具体方法为：

定义各向同性湍流脉动速度场在傅里叶空间下的波数分布；

根据定义的波数分布生成各向同性湍流脉动速度场；

将生成的各向同性湍流脉动速度场的平均动能规整为目标平均动能。

3.根据权利要求2所述一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，所述波数分布是由操作者指定某波数，对其做正态分布，得到整个波数范围的波数K的分布，其中K(k₁,k₂,k₃)。

4.根据权利要求2所述一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，所述生成各向同性湍流脉动速度场的规模为2的次幂形式。

5.根据权利要求2所述一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，所述根据定义的波数分布生成各向同性湍流脉动速度场，具体为：

令三维时空间下速度场为U＝(u,v,w)，其中u,v,w分别为x,y,z方向上的速度；

分别对各速度分量进行傅里叶变换，得到U＝[u(k),v(k),w(k)]；

根据不可压缩流条件得到在傅里叶空间下的条件为：

k₁*u(k)+k₂*v(k)+k₃*w(k)＝U·K＝0；

以满足U·K＝0为条件，生成各向同性湍流脉动速度场在傅里叶空间下的分布U＝[u(k),v(k),w(k)]，然后进行傅里叶逆变换得到时空间脉动速度场U(u,v,w)。

6.根据权利要求2所述一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，所述将生成的各向同性湍流脉动速度场的平均动能规整为目标平均动能，具体为：

通过将各向同性湍流脉动速度场规整平均速度为U_bar，其中U₀为基于操作者给定波数和给定速度期望值的各向同性湍流脉动速度场，U_bar为操作者设定的目标速度。

7.根据权利要求1所述一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，所述计算各向同性湍流脉动速度场耗散量得到维持湍流所需补偿量，具体为：

若当前速度场的平均速度U_ave小于目标速度U_bar，补偿量为其中Δt为模拟计算的时间步大小；

若当前速度场的平均速度U_ave大于或等于目标速度U_bar，补偿量为0。

8.根据权利要求1所述一种生成各向同性湍流脉动速度场方法，其特征在于，所述采用线性补偿量作为动量方程源项保持湍流脉动系统，具体为：

以当前速度场线性的形式将补偿量作为源项添加到动量方程中，如下式：

其中，U为三维时空间下速度场，p为流体压力，ρ为流体密度，σ为流体应力张量，F为线性补偿量。