格子Boltzmann大涡模拟研究湍流时空关联性

"这篇论文是2012年由董宇红、周亦航和邓义求发表在北京理工大学学报上的，属于自然科学领域的学术论文，主要探讨了基于格子Boltzmann方程（LBE）的大涡模拟（LES）在研究湍流时空关联性方面的应用。文中提出了一种新的涡黏性亚格子尺度模型，适用于LBM框架，并通过D3Q19格式计算了湍流的三维能谱、湍动能耗散率和其他高阶统计量，以对比实验和直接数值模拟的结果。" 文章中提到的大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）是一种计算流体动力学的方法，用于模拟湍流流动，它只模拟最大的涡结构，而较小的涡则通过一个亚格子尺度模型来处理，从而降低了计算复杂性。结合格子Boltzmann方程（Lattice Boltzmann Equation, LBE），这种模拟方法可以更高效地处理流体动力学问题，特别是湍流的模拟。 格子Boltzmann方法（LBM）是一种基于离散粒子运动的数值方法，它模拟了微观粒子在格子上的碰撞和传播过程，从而得到宏观流体的流动特性。D3Q19是LBM中的一种特定模型，代表3维空间中19个速度方向的离散速度模型，用于处理复杂的三维流动问题。 论文的核心是提出的涡黏性亚格子尺度模型，它在模拟均匀各向同性湍流时表现出优于传统涡黏模型的性能。通过对湍流的三维能谱、湍动能耗散率等高阶统计量的计算，作者分析了模型的准确性和有效性。通过对不同亚格子模型预测湍流频率波数能量谱的考察，揭示了尺度涡产生的横扫效应是导致小尺度涡时间去关联的主要原因。横扫速度在这里被识别为描述湍流频率波数能量谱的重要特征量。 此外，研究还发现不同波数的频率能量谱之间存在一定的相似性，这为理解和预测湍流的动态行为提供了新的见解。论文的研究成果对于提升湍流模拟的精度，尤其是在工程应用如能源工程中的湍流分析，具有重要意义。 关键词涉及的领域包括格子Boltzmann方法、均匀各向同性湍流、大涡模拟以及亚格子模型，这些是流体力学和计算流体动力学研究中的关键概念。通过这篇论文，读者可以深入理解LBE-LES在湍流研究中的应用及其在改进湍流建模方面的作用。