基于浸入边界方法的复杂几何边界湍流壁面模化的大涡模拟的任务书.docx

基于浸入边界方法的复杂几何边界湍流壁面模化的大涡模拟的任务书
任务书
一、背景
湍流是物理世界中十分普遍的现象，几乎所有的流体运动中都存在着湍流，它对气体和水流的运动产生了重要的影响，并在许多应用领域中提供了关键的参数。然而，湍流现象是非常复杂的，目前仍然没有一种简单的方法来描述湍流现象。实际上，湍流现象非常难以预测，因为它涉及到诸如湍流的产生、传播和衰减等复杂的动力学过程。目前，解决湍流问题的主要方法是模拟，而大涡模拟（LES）是一种有效的方法，因为它可以模拟大尺度的湍流结构，并通过各种方法来刻画小尺度的湍流现象。
在LES中，壁面模型是一个重要的问题。将流体分为境内和境外两个区域，通过在壁面上添加一些特殊的边界条件来模拟湍流现象，这就是壁面模型。在使用LES模拟流体流动时，壁面模型对于预测表面摩擦和湍流剪切应力非常重要。然而，当涉及到复杂几何的流体流动时，如航空、航天、汽车等工程领域，壁面模型变得更加复杂。在这种情况下，使用传统的壁面模型会导致误差增大，甚至会导致模拟结果完全无意义。
二、研究目的
本课题旨在研究基于浸入边界方法的复杂几何边界湍流壁面模拟的大涡模拟方法。浸入边界方法是一种在计算区域内部将复杂边界的几何形状嵌入到计算区域中的方法。这种方法也被称为虚拟网格方法或移动网格方法。它可以用来处理复杂几何流动，如飞行器、汽车、燃烧室等。在本研究中，将首先使用基于浸入边界方法的复杂几何边界模型来模拟流体流动，然后将这些模拟结果与实验数据进行对比，以验证该方法的有效性。最后，将使用大涡模拟方法来进一步了解湍流流动的本质和特征。
三、研究内容
1.建立基于浸入边界方法的复杂几何边界湍流壁面模拟模型。
2.进行计算流体力学模拟，评估模型的性能并与实验数据进行比较。
3.研究不同的壁面模型对湍流流动的影响。
4.开发大涡模拟方法，并进行模拟，以进一步深化对湍流流动的理解。
四、研究方案
1.使用OpenFOAM软件建立基于浸入边界方法的复杂几何边界模拟模型。
2.进行加热管道中的流动模拟，并将结果与实验数据进行比较以验证模型的有效性。
3.使用不同的壁面模型进行模拟，评估其对湍流流动的影响。
4.开发大涡模拟方法，并使用该方法进行湍流流动模拟。
五、预期成果
通过本次研究，预计获得以下成果：
1.建立了基于浸入边界方法的复杂几何边界模拟模型，该模型具有较高的准确度和计算效率。
2.获得了加热管道中的湍流流动模拟结果，并将其与实验数据进行比较，验证了模型的有效性。
3.评估了不同的壁面模型对湍流流动的影响，并对细节进行了分析和讨论。
4.开发了大涡模拟方法，并使用该方法进行湍流流动模拟，获得了对湍流流动的更深入的理解。
六、工作计划
1.第一阶段（2个月）：学习、研究科研技能和模型建立。
2.第二阶段（3个月）：在OpenFOAM软件中建立基于浸入边界方法的复杂几何边界模拟模型，进行流动的模拟。
3.第三阶段（2个月）：对模拟结果进行评估和分析，并与实验数据进行比较。
4.第四阶段（2个月）：研究不同的壁面模型对湍流流动的影响。
5.第五阶段（3个月）：开发大涡模拟方法并进行模拟，得出细节分析及讨论。
七、参考文献
1.GermanoM,PiomelliU,MoinP,etal.Dynamicsubgrid-scalemodelingofturbulence[J].PhysicsofFluidsA:FluidDynamics,1991,3(7):1760-1765.
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