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牧师

LES-SGS模型和基于RANS的湍流模型之间的区别是什么?

我对大涡模拟(LES)建模世界有点陌生，我想知道LES子网格缩放模型(如smagorinski - lilly模型)和基于单方程reynolds -平均Navier-Stokes (RANS)模型(如Spalart-Allmaras)之间的区别。它们都是基于Boussinesq涡流粘度($\mu$)假设，并且都使用一个方程方法来建模$\mu$。然而，没有人将Smagorinsky-Lilly模型用于RAS，也没有人将Spalart-Allmaras模型用于LES。

这两个模型的区别是什么?它们应用于什么样的物理过程?

回答

LES和RANS之间最大的区别是，与LES相反，RANS假设$\overline{u'_i} = 0$(参见[reynolds -平均Navier-Stokes方程][1])。在LES中，滤波器是基于空间的，用于降低运动尺度的幅度，而在RANS中，时间滤波器删除时间尺度小于滤波器宽度的所有运动尺度。我推荐阅读*[Fröhlich, Jochen和Dominic von Terzi。紊流模拟的LES/RANS混合方法科学进展(2008):349- 357 *。从那篇论文中，特别是“LES和RANS方程的结构相似性”部分，您可以看到，对于LES和RANS，所求解的方程基本上是相同的，然而，物理是不同的。主要区别在于，在RANS中，未闭合项是湍流动能和湍流耗散率的函数，而在LES中，闭合项取决于数值网格的长度尺度。所以在RANS中，结果与网格分辨率无关!如果一个模型以一种或另一种方式显式地涉及计算网格的步长，则该模型有资格作为LES模型。与>相比，RANS模型只依赖于物理量，包括几何>特征，如壁距。 As far as typical processes, this figure summarizes it pretty well. DNS resolves all scales of motion, all the way down to the Kolmogorov scale. LES is next up and resolves most of the scales, with the smallest eddies being modeled. RANS is on the other end of the spectrum from DNS, where only the large-scale eddies are resolved and the remaining scales are modeled. ![DNS, LES, RANS][4] The figure above is from André Bakker's lectures: http://www.bakker.org/dartmouth06/engs150/10-rans.pdf DNS: Very small scale flow (ex:turbulent boundary layers). Currently computationally intractable for most problems. LES: Aims to solve the computational cost that DNS poses and reveals the eddies hidden behind the mean in RANS. Good for coastal scale scale 2D simulations and possibly lab-scale 3D simulations with a highly optimized parallel code. RANS: It is the least computationally expensive method that is used for turbulent modeling, but it is really not very good when certain phenomena cannot be averaged, such as instabilities. Acoustic waves are also incorrectly modeled because they are inherently unsteady processes which can't be averaged, so typically modelers will crank up the turbulent and numerical viscosity to remove acoustic waves from the system. This shows the main difference between LES and RANS. ![LES vs RANS][3] [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds-averaged_Navier%E2%80%93Stokes_equations [2]: http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/ism/sm/mitarbeiter/froehlich/publications/Froehlich_vonTerzi_Hybrid-LES-RANS_PAS_08.pdf [3]: http://i.stack.imgur.com/jzbbl.jpg [4]: http://i.stack.imgur.com/9QtNo.png

编辑总结

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\ begingroup美元谢谢你的回答，是的，这是完全正确的……我的问题可能不够清楚。我知道他们在分解方法上的不同。但我无法理解为什么LES SGS模型与基于RANS的湍流模型相比采用了不同的方法来建模涡流粘度。最后，它们都参数化了同一个参数… \ endgroup美元
- - - - - -朱利安·齐默尔曼
2014年12月2日20:49
\ begingroup美元这是一个非常酷的数字!你能告诉我它来自哪里吗?我想用在接下来的演讲中 \ endgroup美元
- - - - - -朱利安·齐默尔曼
2014年12月2日20:58
1

\ begingroup美元 @JulianCarpenter我添加了参考资料，我会尽快回答你的具体问题。 \ endgroup美元
- - - - - -等密度线振荡
2014年12月2日21:38
\ begingroup美元 @JulianCarpenter希望现在说得通了。 \ endgroup美元
- - - - - -等密度线振荡
2014年12月2日22:16
2

\ begingroup美元谢谢你！这是一个很好的答案，帮助我很多。我会核对你给的这个参考资料 \ endgroup美元
- - - - - -朱利安·齐默尔曼
2014年12月2日22:21

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