可压缩湍流SAS方法和LES方法之间的关联性研究

Relationships of scale-adaptive simulation (SAS) method and large-eddy simulation (LES) approach will be investigated in this project, and the main researches are: through the analysis of turbulence-model dissipation in the SAS method and subgrid-scale model dissipation in the LES approach, an eminently reasonable boundary of Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) and LES computational regions will be built; based on the development of filter function according to LES flow field, the relationship of the SAS and LES flow field will be established; through the comparison of zone-adaptive criterion in the SAS method and dynamic-computation of the model coefficients in the LES approach, the relationship of flow-information-adaptive feedback mechanism in the two methods will be analyzed. Based on the investigation of these mechanisms, an in-depth improvement for the problems of the existing SAS method will be carried out. Researches in this project can give more theoretical bases for development of the efficient SAS method. Furthermore, an efficient and reliable numerical method to simulate the complex compressible turbulent flow in the engineering field will be obtained.

本项目针对尺度自适应模拟（SAS）方法和大涡模拟（LES）方法之间的关联性进行研究，主要内容有：分析SAS方法中的湍流模型耗散和LES方法中的亚格子模型耗散之间的关联性，进而确定SAS方法中雷诺平均（RANS）计算区域和LES计算区域的合理分界；构造针对LES流场的滤波函数，依此建立SAS流场与LES流场之间的联系；通过对比SAS方法中的自适应分区判断准则和LES方法中模型系数的动态求解机制，分析这两种方法中的流场信息自适应反馈机制关联性。基于这些机理的分析，针对现有SAS方法存在的问题，对其作深入的改进工作。本项课题的工作可为发展高效的SAS方法提供机理层次上的理论依据，进而为工程领域的可压缩湍流问题研究提供高效可靠的数值方法。

SAS属于一类有希望广泛应用于工程的湍流计算方法，与其相关的研究工作对航空航天飞行器的复杂流场计算具有重要的应用价值。本课题针对SAS和LES方法的关联性开展系统的研究，主要内容有：1）构造了一种兼顾可压缩性和旋涡效应的SAS方法，并构造了基于动态SGS模型的LES方法；2）研究了SAS和LES方法之间的耗散关联性、流场关联性等问题；3）构造了一种SAS方法的雷诺应力和热通量项补偿公式，也即LES流场向SAS流场退化的“滤波函数”；4）基于该补偿策略，发展了一种新的SAS方法，即CSAS方法；5）利用SAS、CSAS和LES方法，针对复杂的可压缩湍流问题开展了大规模并行数值模拟研究，验证了这些方法的适应性，并探索了相关的流动机理及流动控制机理。采用本课题发展的不同层次湍流数值模拟方法（即SAS、CSAS和LES方法），可为新型高速飞行器的研制提供高效的数值研究工具。