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本书系统、完整地叙述了湍流大涡数值模拟的基本原理和方法,全书共5章,包括湍流的基本性质、湍流大涡数值模拟方法的基本原理、各种亚格子模型、简单湍流的大涡数值模拟和复杂湍流的大涡数值模拟。书中以大量算例说明湍流大涡数值模拟的应用,并融入了作者多年来的学术研究成果。 本书是为研究和应用大涡数值模拟方法的广大科技工作者撰写的专著,也可作为学习和研究湍流的科技工作者和学生的参考书。

湍流是广泛存在于自然界和工程中的流动现象,例如:大气、海洋与河流中流体的运动,飞行器周围空气的运动,船舰周围水流的运动以及流体机械中空气或水流的运动等都呈湍流状态。湍流是十分复杂的多尺度不规则流动,个别简单的湍流问题可以应用理论分析近似地获得它的流动特性,实际湍流问题的预测主要采用物理实验和数值模拟方法。随着计算机的迅速发展,湍流的数值模拟日益得到重视,已经成为预测自然环境和工程流动的主要手段之一。 现有的湍流数值模拟方法有3种:直接数值模拟、大涡数值模拟和雷诺平均模拟。 直接数值模拟不需要对湍流建立模型,采用数值计算直接求解流动的控制方程。由于湍流是多尺度的不规则流动,要获得所有尺度的流动信息,需要很高的空间和时间分辨率,也就是需要巨大的计算机内存和耗时很大的计算量。目前,直接数值模拟只能计算雷诺数较低的简单湍流运动,例如槽道或圆管湍流,它还不能作为复杂湍流运动的预测方法。 工程中广泛应用的湍流数值模拟方法采用雷诺平均模型,这种方法将流动的质量、动量和能量输运方程进行统计平均后建立模型。雷诺平均模型不需要计算各种尺度的湍流脉动,它只计算平均运动,因此它的空间分辨率要求低,计算工作量小。雷诺平均模型的主要缺点是它只能提供湍流的平均信息,这对于近代自然环境的预报和工程设计是远远不够的;雷诺平均模型的致命弱点是它的模型没有普适性。 20世纪70年代,一种新的湍流数值模拟方法问世,即大涡数值模拟。它的主要思想是:大尺度湍流直接使用数值求解,只对小尺度湍流脉动建立模型。所谓小尺度,习惯上是指小于计算网格的尺度,而大于网格尺度的湍流脉动通...

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第1章湍流的性质

1.1湍流的基本性质

1.1.1不规则性

1.1.2多尺度性

1.1.3复杂的非线性输运

1.2湍流的统计方法和统计特性

1.2.1湍流的统计平均

1.2.2湍流脉动速度的矩和相关

1.2.3湍流脉动的谱

1.3湍流的统计输运性质

1.3.1平均运动方程和脉动运动方程

1.3.2雷诺应力和雷诺应力输运方程

1.3.3不可压缩湍流的标量输运方程

1.4各向同性湍流及其性质

1.4.1均匀各向同性湍流场的相关函数和谱张量

1.4.2不可压缩各向同性湍流的能量传输

1.4.3不可压缩均匀各向同性湍流中的特征尺度和能谱

1.5简单剪切湍流

1.5.1平壁湍流的统计特性

1.5.2湍流边界层的拟序结构

1.6自由剪切湍流的统计特性和结构

1.6.1自由剪切湍流的边界层近似

1.6.2自由剪切湍流的相似性解

1.6.3简单剪切湍流的相干结构

第2章湍流大涡数值模拟方法的基本原理

2.1湍流的基本方程和数值模拟方法

2.1.1湍流的直接数值模拟

2.1.2雷诺平均NS方程的数值模拟方法

2.1.3大涡数值模拟方法

2.2湍流脉动的过滤

2.2.1均匀过滤器及其性质

2.2.2非均匀空间过滤器与交换误差

2.3湍流的大涡模拟控制方程

2.3.1不可压缩湍流的大涡数值模拟控制方程

2.3.2被动标量湍流的大涡数值模拟控制方程

2.3.3可压缩湍流的大涡数值模拟控制方程

2.4亚格子通量的性质

2.4.1亚格子应力的机制

2.4.2亚格子标量通量的输运机制

2.5初始条件和边界条件

2.5.1初... 查看详情

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