Large-Eddy Simulation of smooth and rough channel flows using a one-dimensional stochastic wall model
Large-Eddy Simulation of smooth and rough channel flows using a one-dimensional stochastic wall model
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使用一维随机壁模型对光滑和粗糙河道流进行大涡模拟
DOI：
10.1016/j.compfluid.2021.105135
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发表时间：
2021
影响因子：
2.8
通讯作者：
Chamecki, Marcelo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Freire, Livia S.;Chamecki, Marcelo
本文基于一维湍流(ODT)模型的“大涡”版本，发展了一种随机壁面模型，用于光滑和粗糙槽道流动的大涡模拟(LES)，其主要目的是在壁面附近提供一个精细的湍流流场。用动态Smagorinsky和依赖尺度的拉格朗日动态亚网格-尺度模式检验了这种LES-ODT耦合。与基于局部壁面定律的壁面模型相比，LES-ODT改善了两个亚格子尺度模型中靠近壁面的所有三个速度分量的一维能量谱。更重要的是，改进的LES墙模型比改进的亚格子尺度模型从传统的动力学模型改进为依赖尺度的拉格朗日动力模型对近壁谱有更积极的影响。对于流畅的通道，LES-ODT的结果与Reλ=590和5200的DN值比较良好；然而，由ODT建模的方差显示了所有三个速度分量的差异，这是ODT固有的问题。最后，将由阻力模拟的附加粗糙度渠道流的模拟结果与玉米田大气流动的数据进行了比较，证明了该方法可以直接模拟复杂的近壁现象。考虑到其高的计算成本，LES-ODT耦合的主要用途是在需要细化近壁区域而不需要细化整个LES区域的研究中。
In this study a stochastic wall model based on the “large-eddy” version of the One-Dimensional Turbulence (ODT) model was developed for Large-Eddy Simulation (LES) of smooth and rough channel flows, with the primary goal of providing a refined turbulent flow field near the wall. This LES-ODT coupling was tested with the dynamic Smagorinsky and the scale-dependent Lagrangian dynamic subgrid-scale models. When compared to the same LES with a wall model based on a local law-of-the-wall, LES-ODT improved the one-dimensional energy spectra for all three velocity components close to the wall for both subgrid-scale models tested. More importantly, improving the LES wall model had a more positive effect in the near-wall spectra than improving the subgrid-scale model from the traditional dynamic to the scale-dependent Lagrangian dynamic model. For smooth channels, LES-ODT results compared well with DNS of R e λ= 590 and 5200; however, the variance modeled by the ODT presents discrepancies for all three velocity components, an issue inherent to ODT. Finally, the simulation of a channel flow with additional roughness modeled by a drag force was compared to data of atmospheric flow through a maize field, providing evidence of the potential for this approach to directly simulate complex near-wall phenomena. Given its high computational cost, the main use of the LES-ODT coupling is in studies that require a refinement of the near-wall region without the need to refine the entire LES domain.
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