難得十一假期空閑，有時(shí)間翻閱上學(xué)時(shí)的讀書筆記。那會(huì)對(duì)工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩門課程的學(xué)習(xí)最為認(rèn)真，課后筆記共有八本。但對(duì)流體力學(xué)這門課程一直心有遺憾，沒有深入地系統(tǒng)推導(dǎo)過，導(dǎo)致對(duì)很多問題的理解不夠深刻。于是一時(shí)興起，簡(jiǎn)要地整理下湍流理論。

湍流是流體的一種流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速較小的時(shí)候，分子間粘性作用力占主要作用，促使流體有序分層流動(dòng)，互不混合，此狀態(tài)被稱作層流或穩(wěn)流。隨著流速的增加，流體微團(tuán)慣性力作用將逐漸顯現(xiàn)，流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此狀態(tài)被稱作過渡流。當(dāng)流速增加到一定程度時(shí)，慣性力完全占主導(dǎo)作用，流場(chǎng)內(nèi)部呈現(xiàn)混亂、無序、摻混的狀態(tài)，并伴有渦旋且流線不再清楚可辨，此狀態(tài)被稱作湍流。

湍流是流體內(nèi)在隨機(jī)屬性的體現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是微觀層面粒子運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)特性或是離散粒子性，例如流體的隨機(jī)性分子運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng))或熱運(yùn)動(dòng)。對(duì)湍流實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)還依賴于分子動(dòng)力學(xué)及量子力學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展，并最終能協(xié)調(diào)好微觀隨機(jī)性與宏觀湍流結(jié)果之間的關(guān)系。LBM方法是一種基于介觀(mesoscopic)模擬尺度的計(jì)算流體力學(xué)方法，通過模擬有限粒子流動(dòng)和碰撞過程來觀測(cè)宏觀流體系統(tǒng)的流動(dòng)行為，即從概率統(tǒng)計(jì)力學(xué)角度構(gòu)架起宏觀與微觀、連續(xù)與離散之間的橋梁。盡管LBM存在多種局限，但是算法理念本身的思想是先進(jìn)的，兼顧了微觀與宏觀，是一種有前途的方法。

基于連續(xù)性假設(shè)N-S方程下的湍流模擬，總體上可根據(jù)是否引入簡(jiǎn)化湍流模型而分為兩類：1)直接模擬(Direct Numerical Simulation)：直接數(shù)值求解N-S方程，即求解出整個(gè)空間尺度和時(shí)間尺度范圍內(nèi)的湍流結(jié)果，唯一的濾波是計(jì)算網(wǎng)格的尺寸，我們?cè)诹黧w域內(nèi)劃分一定精度的網(wǎng)格時(shí)，已經(jīng)濾掉了與網(wǎng)格尺度相近或更小的渦流；2)非直接模擬(Non-Direct Numerical Simulation)。

非直接模擬可根據(jù)處理思路分為三類：1)大渦模擬(Large Eddy Simulation)：在控制方程中引入濾波函數(shù)，濾除小于濾波器設(shè)置尺度的渦流；2)雷諾平均法(Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equations)：把精確瞬態(tài)N-S方程的解分解成均值分量和波動(dòng)分量，并針對(duì)雷諾應(yīng)力項(xiàng)補(bǔ)充封閉條件使得變量數(shù)等于無關(guān)方程數(shù)量，即使方程有定解；3)統(tǒng)計(jì)平均法(Statistical Mean Method)：湍流具有內(nèi)在隨機(jī)性，對(duì)于隨機(jī)性問題而言統(tǒng)計(jì)平均法易于獲得宏觀規(guī)律。湍流理論中有三種統(tǒng)計(jì)平均方法，分別是時(shí)域法、體均法和按概率平均法，基于三種方法可對(duì)湍流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

結(jié)合商用CFD軟件Fluent，概括湍流數(shù)值模擬方法如下：

參考文獻(xiàn)

https://www.cfd-online.com/

ANSYS 18.0 Fluent Theory Guide.pdf

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机模拟的概念,湍流概念及数值模拟方法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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