一种基于虚拟格栅的LES湍流生成方法及圆柱绕流研究

摘要

为提高大涡数值模拟（large eddy simulation, LES）中生成格栅湍流风场效率，对一种LES湍流生成方法进行改进，在入口边界处设置虚拟格栅网获取网状射流，并将其成功应用于Re=3 900的圆柱绕流模拟.结果表明：基于虚拟格栅生成的湍流风场具有各向同性特征，各湍流强度沿流向呈指数衰减趋势，湍流积分尺度沿流向呈线性增长趋势，且脉动风速功率谱与von Kármán谱吻合较好.此外，相较于均匀来流，湍流来流下圆柱的平均阻力系数减小，而阻力系数和升力系数的标准差均大幅增加，即湍流会加剧圆柱升阻力的脉动效应.来流湍流对圆柱表面的流动分离有抑制作用，可使分离点位置后移，导致回流长度和斯脱罗哈数减小，同时使尾流涡旋脱落不稳定、涡脱能量更强.

关键词

虚拟格栅 / 湍流 / 圆柱绕流 / 大涡模拟 / 流场