Численное трехмерное моделирование турбулентного пограничного слоя в режиме промежуточной шероховатости

Abstract

Представлена методология численного моделирования крупных вихрей (LES). Турбулентный пограничный слой на плоской пластине в режиме промежуточной шероховатости численно моделируется посредством LES-технологии для числа Рейнольдса, равного 10^5. Крупномасштабное поле течения получается путем прямого интегрирования отфильтрованных трехмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жикости, используя конечно-разностный метод. Маломасштабные движения параметризованы посредством "смешанной" модели. В экономичном вычислительном методе было использовано 51^3 сеточных точек. Численное моделирование выполнено для того, чтобы изучить среднюю скорость, полные турбулентные напряжения, решаемые турбулентные напряжения, кинетическую энергию турбулентности и подсеточные эффекты. Существует хорошее согласие между вычисленным профилем средней скорости, турбулентными статистиками и экспериментальными данными.

Представлена методологiя чисельного моделювання великих вихорiв (LES). Турбулентний пограничний шар на плoскiй пластинi в режимi перехiдної шорсткостi чисельно моделюється за допомогою LES-технологiї для числа Рейнольдса, яке дорiвнює 10^5. Великомасштабне поле течiї одержується шляхом прямого iнтегрування вiдфiльтрованих тривимiрних нестацiонарних рiвнянь Нав'є-Стокса для нестисливої рiдини, використовуючи кiнцево-рiзницевий метод. Маломасштабнi рухи параметризованi за допомогою "змiшаної" моделi. В eкономiчному чисельному методi було використано 51^3 сiткових точок. Чисельне моделювання виконано для того, щоб вивчити середню швидкiсть, повнi турбулентнi напруги, розв'язанi турбулентнi напруги, кiнетичну енергiю турбулентностi та пiдсiтковi ефекти. Iснує добра узгоджуванiсть мiж обчисленим профiлем середньої швидкостi, турбулентними статистиками та експериментальними даними.

The methodology of Large Eddy Simulation (LES) is presented. The transitionally rough turbulent boundary layer on a flat plate is simulated by LES-technique for a Reynolds number of 10^5. The large-scale flow field has been obtained by directly integrating the filtered three-dimensional time-dependent incompressible Navier-Stokes equations using a finite-difference method.The small-scale motions were parametrized by an "mixed" model. The number of grid points used in the economical numerical method was 51^3. The simulation were performed to study the mean velocity, the total turbulent stresses, the resolved turbulent stresses, the turbulence kinetic energy and subgrid-scale-model effects. There is good agreement between the computer mean-velocity profile, turbulence statistics and experimental data.