低雷诺数k-ε双层模型模拟正弦波壁流动：精确数值解与实验验证

本文主要探讨了基于低雷诺数k-ε双层模型对正弦波壁近区流动的数值模拟方法。正弦波壁流动在实际工程中具有重要的研究价值，特别是在流体力学和水文学领域，其复杂性在于流动中存在顺压和逆压梯度的交替变化，以及伴随的流动分离现象。这种现象使得精确的数值求解变得相当困难。 作者们针对这一挑战，采用了三维空间中的非结构网格技术——泰勒-霍夫曼映射(TTM)方法，这种方法能够生成一个与壁面形状紧密贴合的曲线贴体坐标系。通过这种方式，他们能够在不规则的几何边界条件下保持计算精度，有效地处理了流动分离问题。 接下来，他们应用了低雷诺数k-ε双层模型，这是一种在雷诺数较低时能准确捕捉湍流效应的模型。该模型将湍流区分为两个层次：内层（靠近壁面）和外层，通过这两个层之间的过渡来模拟湍流行为。这种模型简化了计算，同时保持了对流动细节的一定程度的精确性。 作者们采用混合有限分析离散格式进行数值求解，这是一种结合了有限元素法和有限体积法的优点，既能够处理复杂的流动边界条件，又能够保证计算的稳定性和收敛性。这种方法在处理壁面附近的复杂流动特征时表现出色。 他们的模拟结果显示，正弦波壁背流面确实存在一个椭圆形的分离区，这个分离区的长度以及近壁压强分布与先前的实验数据和已有的理论计算结果有很好的一致性。这表明他们的数值模拟方法是有效的，且对于理解和预测这类复杂流动现象具有重要的参考价值。 这篇文章提供了一种有效的方法来模拟正弦波壁流动，尤其是在雷诺数较低的情况下，这对理解类似物理现象、优化设计和工程实践具有重要意义。此外，本文的研究也为其他工程师和研究人员处理类似复杂流动问题提供了宝贵的经验和技术指导。