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汽车外流场数值模拟湍流模型的研究的综述报告
汽车外流场数值模拟湍流模型的研究综述
随着汽车工业的快速发展，汽车外流场的数值模拟已经成为了汽车设计和研发中不可或缺的一部分。在汽车外流场的计算中，涉及到复杂的湍流流动等多种流体力学问题，如何选择适当的湍流模型进行数值模拟已经成为了一个热点问题。本综述主要探讨了当前汽车外流场数值模拟中常用的湍流模型。
一、介绍
湍流是指流场中速度、压力等物理量都在时空上随机变动的流动状态。湍流在工程领域中很常见，比如飞机外流场、汽车外流场、燃烧室等都涉及到湍流流动的模拟。要通过数值模拟准确地预测湍流流动的行为是很困难的，因为湍流流动受到非常多的影响因素，如流场的形状、壁面的粗糙度、流动介质的黏度等。
在汽车外流场的数值模拟中，为了提升计算的准确性，一般都需要使用湍流模型进行建模。湍流模型的目的是对湍流流动中的主要物理过程进行描述。当前，常用的湍流模型主要有Reynolds平均Navier-Stokes方程（RANS）、LargeEddySimulation（LES）和DirectNumericalSimulation（DNS）模型。接下来分别介绍这几种模型。
二、Reynolds平均Navier-Stokes方程（RANS）
Reynolds平均Navier-Stokes方程是目前最为常用的湍流模型之一。该模型的关键是平均化（Reynolds平均）原方程，从而得到一个时间平均的运动方程。RANS模型中最核心的部分是湍流边界层模型，常见的有k-ε模型、k-ω模型、Spalart-Allmaras模型等。
k-ε模型是RANS模型中最为广泛应用的模型之一，它的特点是简单、可靠且计算速度较快。但是该模型对流场中存在的旋转项的准确描述不够精细，因此在某些情况下可能会出现较大的误差。另外，相比k-ε模型，k-ω模型在描述流场中的旋转项时更加准确，但是它的计算量更大。
Spalart-Allmaras模型是一种尝试解决k-ε模型和k-ω模型的缺陷的模型，它采用了一个与可压缩流动熵相关的方程，并将它合并到了k-ε模型中，从而提高了模型的准确性。
三、LargeEddySimulation（LES）
LES是一种比RANS模型更为精确的湍流模型，它的计算方法是对流场中小尺度涡旋进行模拟，而忽略了大尺度涡旋，从而减少了模型的计算量。与RANS模型相比，LES模拟的精确度更高，尤其是在模拟壁面附近的流动时效果更好。但是由于需要模拟小尺度涡旋，因此其计算量比RANS模型更大。
四、DirectNumericalSimulation（DNS）
DNS是最为精确的湍流模型之一，它是通过解包含所有尺度的涡旋的Navier-Stokes方程来模拟湍流流动的，因此最为准确。但是DNS模拟的计算量非常大，目前还无法用于工程领域的实际应用。
五、总结
汽车外流场数值模拟涉及到复杂的流体力学问题，为了提高计算准确性，需要使用合适的湍流模型进行计算。在当前常用的湍流模型中，RANS模型是计算速度最快、应用最为广泛的模型，LES模型则拥有更高的精度，而DNS模型则是最为准确但计算量最大的模型之一。根据不同的应用领域和需求，我们需要选择合适的湍流模型进行汽车外流场数值模拟。