隨著計算機技術(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)測精度不足等。
中國科學院力學研究所空天飛行器流動數(shù)值模擬課題組利用多物理場對傳統(tǒng)的渦粘模型進行多重約束，得到新的準動態(tài)大渦模擬模型，并基于“亞格子能流是湍流級串的核心物理量”（Moser et al. Annu. Rev. Fluid Mech.（2021）, 53 (1), 255–286）認識，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能對其進行約束，由此產(chǎn)生的額外未封閉項均以亞格子能流的方式分別建模。同時，濾波后的可壓縮N-S方程中的其他未封閉項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時刻、每個局部位置都具有一個確定的動態(tài)系數(shù)。新模型針對可壓縮湍流方程中的未封閉項重新單獨建模，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證中表現(xiàn)出優(yōu)異性能。同時，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/湍流邊界層流動的高熱流問題模擬，并得到與真實值（DNS /實驗數(shù)據(jù)）高度吻合的模擬結(jié)果，較當前的主流大渦模擬模型具有優(yōu)勢。
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)測壁面摩阻系數(shù)隨動量厚度雷諾數(shù)分布
圖2.QKM預(yù)測RM湍流混合區(qū)流體密度分布（t=0.2 ms）
來源：中國科學院力學研究所
