隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，大渦模擬逐漸成為湍流模擬的主要手段，在湍流理論研究、航空航天、海洋工程等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。迄今為止，仍有一系列關(guān)鍵問題阻礙大渦模擬研究的發(fā)展，例如，模型的穩(wěn)定性與高保真性無法兼顧的問題、傳統(tǒng)建模囿于湍流慣性子區(qū)、可壓縮湍流及轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)精度不足等。
中國科學(xué)院力學(xué)研究所空天飛行器流動(dòng)數(shù)值模擬課題組利用多物理場(chǎng)對(duì)傳統(tǒng)的渦粘模型進(jìn)行多重約束，得到新的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)大渦模擬模型，并基于“亞格子能流是湍流級(jí)串的核心物理量”（Moser et al. Annu. Rev. Fluid Mech.（2021）, 53 (1), 255–286）認(rèn)識(shí)，亞格子能流首先被引入來約束亞格子模型，考慮到?；蟮膩喐褡幽芰飨禂?shù)的不定性，引入附加的亞格子動(dòng)能對(duì)其進(jìn)行約束，由此產(chǎn)生的額外未封閉項(xiàng)均以亞格子能流的方式分別建模。同時(shí)，濾波后的可壓縮N-S方程中的其他未封閉項(xiàng)也采用類似的思想來約束建模。研究顯示，通過該建模方法，在不需要二次濾波的情況下每個(gè)時(shí)刻、每個(gè)局部位置都具有一個(gè)確定的動(dòng)態(tài)系數(shù)。新模型針對(duì)可壓縮湍流方程中的未封閉項(xiàng)重新單獨(dú)建模，兼具穩(wěn)定性與高保真性，突破了慣性子區(qū)的限制具有一定的尺度自適應(yīng)性，可直接推廣到具有復(fù)雜幾何外形的工程湍流模擬。
新模型在典型可壓縮壁湍流的驗(yàn)證中表現(xiàn)出優(yōu)異性能。同時(shí)，新模型應(yīng)用于匯聚幾何界面RM不穩(wěn)定性所致湍流混合問題的模擬以及高超聲速激波/湍流邊界層流動(dòng)的高熱流問題模擬，并得到與真實(shí)值（DNS /實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）高度吻合的模擬結(jié)果，較當(dāng)前的主流大渦模擬模型具有優(yōu)勢(shì)。
相關(guān)研究成果以Quasi-dynamic subgrid-scale kinetic energy equation model for large-eddy simulation of compressible flows為題，發(fā)表在Journal of Fluid Mechanics上。
圖1.新模型（QKM）預(yù)測(cè)壁面摩阻系數(shù)隨動(dòng)量厚度雷諾數(shù)分布
圖2.QKM預(yù)測(cè)RM湍流混合區(qū)流體密度分布（t=0.2 ms）
來源：中國科學(xué)院力學(xué)研究所
