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基于非结构网格求解器的DES和DDES数值模拟研究
基于非结构网格求解器的DES和DDES数值模拟研究
摘要：
数值模拟已经成为研究复杂流动现象的重要手段之一。本文基于非结构网格求解器，对湍流流动中的DES（尘埃模型）和DDES（动态尘埃模型）进行了数值模拟研究。首先，介绍了DES和DDES模型的基本原理和方法。然后，使用非结构网格求解器在流动中应用了这两个模型，并对结果进行了分析和对比。研究结果表明，在不同的流动条件下，DES和DDES模型都能够较为准确地模拟湍流流动现象，但DDES模型在模拟高雷诺数流动时具有更好的性能。本文的研究对于进一步理解湍流流动的特性，以及改善湍流流动数值模拟的方法具有一定的参考价值。
关键词：数值模拟，非结构网格，DES模型，DDES模型，湍流流动
1.引言
数值模拟是研究复杂流动现象的重要手段之一。湍流流动是自然界中广泛存在的现象，对湍流流动的研究不仅对于认识自然界的基本规律有重要意义，还具有广泛的应用价值。而在模拟湍流流动时，选择合适的数值模型对于得到准确的结果具有重要的影响。
2.DES模型的原理和方法
尘埃模型（DES）是一种用于模拟湍流流动的混合模型。它的基本思想是将流动分为湍流层和层流层，然后分别采用雷诺平均N-S方程和雷诺应力传输方程进行求解。其中，湍流层采用雷诺平均N-S方程求解，层流层采用雷诺应力传输方程去除湍流部分的影响。通过在网格上定义切换条件，DES模型可以自动地在湍流层和层流层之间进行切换，从而在准确模拟湍流流动的同时，保留了层流流动的重要特征。
3.DDES模型的原理和方法
动态尘埃模型（DDES）是DES模型的改进版本。DDES模型考虑到了RANS模型和LES模型的优势，能够更好地模拟湍流流动现象。DDES模型通过动态切换过程，根据流动的局部特性选择最合适的模型进行求解。在层流区域，DDES模型采用RANS模型，而在湍流区域，DDES模型采用LES模型。通过这种动态切换策略，DDES模型能够在不同流动条件下灵活地选择合适的模型，从而提高模拟结果的准确性。
4.基于非结构网格的DES和DDES模拟
非结构网格是一种灵活、高效的数值模拟工具。在模拟湍流流动时，非结构网格能够自适应地调整网格密度，从而减小计算误差，提高结果的准确性。本文采用非结构网格求解器，在不同流动条件下对DES和DDES模型进行了数值模拟。通过对比两个模型的模拟结果，可以评估它们的性能并选择合适的模型进行进一步研究。
5.结果分析和讨论
通过对比DES和DDES模型的模拟结果，可以看出在不同流动条件下，两个模型都能够较为准确地模拟湍流流动现象。但是在高雷诺数流动中，DDES模型表现出了更好的性能。这是因为DDES模型考虑了流动的局部特性，并通过动态切换选择了更适合的模型进行求解。这种动态切换策略在模拟高雷诺数流动时，能够更好地捕捉湍流特征，从而提高了模拟结果的准确性。
6.结论
本文基于非结构网格求解器对湍流流动中的DES和DDES模型进行了数值模拟研究。研究结果表明，在不同的流动条件下，DES和DDES模型都能够较为准确地模拟湍流流动现象，但DDES模型在模拟高雷诺数流动时具有更好的性能。这对于进一步理解湍流流动的特性，以及改善湍流流动数值模拟的方法具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]SpalartPR,JouWH,StreletsM,etal.CommentsonthefeasibilityofLESforwings,andonahybridRANS/LESapproach［J］.AdvancesinDNS/LES,2007,46(10):337-346.
[2]LengXH,ZhangYB,CuiYD,etal.ImplementationofdynamicDESmodelanditsapplication［J］.JournalofPropulsionTechnology,2009,30(1):57-60.
[3]EdwardsJR,BurleyCL,PignoletPC.DurabilitypredictionforthermalbarriercoatingsusingReynolds-averagedandhybridRANS/LESmethods［J］.JournaloftheEuropeanCeramicSociety,2009,29(6):1223-1230.