光滑球与凹坑球绕流分析：k-ω DES与LES方法对比

"κ-ω DES与LES方法在光滑与凹坑球的绕流分析 (2011年)" 本文是一篇自然科学领域的论文，主要探讨了κ-ω DES（Shear Stress Transport κ-ω Detached-Eddy Simulation）方法与LES（Large Eddy Simulation）方法在模拟粘性不可压缩流体绕过光滑球体和带有凹坑球体的流动问题。作者们通过数值模拟，针对雷诺数分别为500、1000、2000和5000的四种情况进行了计算。 κ-ω DES是一种结合了RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，雷诺平均纳维-斯托克斯方程）和LES方法的混合模型，适用于从层流到湍流的过渡区域。SST（Shear Stress Transport）是指模型中考虑了剪切应力的传输，这有助于更准确地预测流动分离点。而LES则主要处理大尺度涡结构，通过过滤小尺度涡来减少计算复杂性，适合模拟大范围内的湍流。 在论文中，作者们使用这两种方法模拟了光滑球和带有凹坑球的绕流，并与实验数据进行了对比。在低雷诺数下，κ-ω DES和LES方法在模拟光滑球的结果上差异较小，都给出了合理的结果。然而，随着雷诺数增加，两种方法在模拟细节上显示出显著差异，其中LES方法的模拟结果在整体特征和细节上通常优于κ-ω DES。 论文中提到，当雷诺数达到24时，绕流开始出现流动分离；在Re=210时，出现非对称涡结构；超过270时，涡结构开始脱落。这与实验研究的观察结果一致。早期的数值模拟多采用轴对称假设以降低计算复杂度，但无法捕获非对称尾涡的动态特性。 20世纪90年代后期，由于计算能力的提升，研究者开始全面研究光滑球体绕流，不再局限于轴对称假设。DNS（Direct Numerical Simulation）在中等雷诺数的圆球绕流模拟中逐渐流行，它能够精确模拟所有尺度的涡结构，但计算需求非常高。 这篇论文通过对比κ-ω DES和LES方法在不同雷诺数下对光滑球和凹坑球绕流的模拟，强调了这两种方法在捕捉流动细节上的优劣，并为流体动力学中的球体绕流问题提供了新的理解和数值工具。这对于理解和改进涡流模拟技术，特别是在航空航天、机械工程以及环境流体动力学等领域具有实际应用价值。