[发明专利]一种脱体涡模拟模型构造方法

说明书

本发明提供了一种脱体涡模拟模型构造方法，包括以下步骤：步骤1、获取RANS模型控制方程中的湍动能破坏项，确定湍动能破坏项中的长度尺度；步骤2、对长度尺度进行修正，完成新的替代破坏项构建；步骤3、对新的替代破坏项进行网格尺度修正，完成脱体涡模拟模型的构造。本发明提出的模型构造方法，在模拟含分离的湍流流动时，能够更合理地自动区分需要使用RANS的近壁区域和需要使用LES的远离壁面区域，使对流动的解析更加精准，能够在较为苛刻的网格分辨率条件下得到最优的数值模拟结果。

技术领域

本发明涉及计算流体力学（CFD）中湍流模型领域，特别涉及一种基于改进RANS模型长度实现的脱体涡模拟模型构造方法。

背景技术

在对湍流边界层分离流动问题进行数值模拟时，工程上常用的雷诺平均模型（RANS）无法给出准确的预测结果，而较为准确的直接数值模拟（Direct NumericalSimulation，DNS）和大涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）计算量过大难以实用化。脱体涡模拟（Detached Eddy Simulation，DES）是一种计算量适中且预测精度较好的模型，已经被广泛的应用于商业或In-house数值模拟软件中。DES模型是在常用RANS模型的基础上，通过比较当地网格尺度和平均流动的长度尺度，对模型方程的源项进行合适的修正，但现有DES模型的预测准确性依然存在待优化问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种脱体涡模拟模型构造方法及计算机程序，基于改进RANS模型长度实现，在当前工程中广泛采用的DES模型基础上，通过引入更合理的当地平均流动长度尺度近似，以改进控制方程的源项，进而提高DES模型的精度。

本发明采用的技术方案如下：一种脱体涡模拟模型构造方法，通过改进RANS模型长度实现，包括以下步骤：

步骤1、获取RANS模型控制方程中的湍动能破坏项，确定湍动能破坏项中的长度尺度；

步骤2、对长度尺度进行修正，完成新的替代破坏项构建；

步骤3、将新的替代破坏项替代原控制方程中的湍动能破坏项，并对新的替代破坏项进行网格尺度修正，得到新的改进脱体涡模型的控制方程；

步骤4、基于改进脱体涡模型控制方程构建计算机程序，读取流场数据，利用数值方法离散求解改进模型的控制方程，得到关于湍流粘性系数的时间空间演变的数据。

进一步的，所述步骤2中，修正后的长度尺度为：

其中，为卡门常数，为经验系数，为普朗特混合长度，定义为:

其中，为湍流涡粘性系数，为流场的涡量，为由速度场梯度得到的反对称张量；，分别表示空间中i方向和j方向的坐标，i与j取值为1、2、3表示空间的三个方向；为流体的速度矢量在方向的分量，为流体的速度矢量在方向的分量。

进一步的，所述步骤2中替代破坏项为：

其中，为控制方程的输送变量，表示联系与湍动能之间的因子。

进一步的，所述网格尺度修正的具体方法为：采用替代修正后的长度尺度；

其中，为当地最大网格尺度，。

进一步的，所述RANS模型为S-A模型、k-ω SST模型、k-ω模型或者k-kL模型。

本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；以及处理器，用于与所述存储器通信以执行所述可执行指令从而完成上述的基于改进RANS模型长度的脱体涡模拟模型构造方法对应的过程。