LES和DNS在平坡异重流数值模拟中的比较研究

摘要

本文利用FLUENT软件模拟了开闸式异重流的演变特性。使用二维大涡模拟(LES)和直接数值模拟(DNS),对异重流的形态变化、瞬时掺混系数、势能转变,动能剖面变化等进行了相关的对比分析。结果表明,LES和DNS对于异重流头部位置的预测都具有较好的准确性,DNS的结果略微精确,但需要较多的计算网格数。此外,在异重流与环境流体的交界面发展过程中,相比于LES模拟的结果,DNS的结果具有较少的K-H不稳定性产生。DNS模拟的异重流基本上集中于头部,而且DNS模拟的结果与实验异重流的形态较为接近。LES和DNS模拟计算得出的异重流与环境流体的掺混程度相近,但DNS的交界面较为光滑。LES和DNS对于异重流沿途势能变化的结果相近,但DNS的结果具有较小的背景势能。对于特征断面处动能逐时变化,相较于LES,DNS模拟较少出现多次波峰的震荡现象。本文的结果可为后续模拟异重流运动时,提供选择数值模型的参考依据。