LES 和 DES 的初始化和流入

在空间发展流的大涡模拟和分离涡模拟中，实际初始和流入边界条件的指定至关重要。

由于信息量不足将引入误差源，至今已提出了许多方法来指定初始化和流入。这些方法的复杂性和计算成本各不相同。

最简单的方法是将高斯噪声叠加到平均速度上。但是，此方法的缺点是生成无法维持拟序湍流结构生长的去相关速度场。

在 Simcenter STAR-CCM+ 中，实施以下方法：

  • 合成涡法，可在整个流入边界提供湍流涡并使用扰流场初始化流体域。
  • 各向异性线性力，可在体积中生成扰流场。

合成涡法 (SEM)

Jarrin 等人提出了合成涡法[368]，该方法保留了涡流方法的概念基础 [366]，但更灵活且几乎不依赖于网格。

在 SEM 架构中，湍流流场被视为旋转涡的叠加，其旋转（顺时针或逆时针）和位置将根据标准化均匀分布绘制。涡的大小是湍流的特征尺度。由于涡必须跨至少两个网格单元才能产生相关信号，因此最小网格间距将对此湍流尺度施加限制。

用户分配的雷诺应力张量提供了该方法所需的相关函数。如果此应力张量未知，则相关函数仅使用直接衍生自给定湍流强度的法向分量（假设各向同性）。

流入时生成的合成涡将在计算域中以平均流入速度进行对流和再循环。

SEM 生成的湍流结构只是真实湍流的近似值，必须允许其发展正确的相关性。随着涡在下游对流，相关性自然发展。要让此行为发生，流入边界和相关区域之间需保留足够的距离，这一点十分重要。所需的距离因情况而异，但在通道流模拟中，需要至少十个半高度的距离。

有关更多详细信息，请参见理论指南 — 合成涡法。

注合成涡法与此运动不兼容。如果尝试将 SEM 与运动合并，将显示一条错误消息。

各向异性线性力 (ALF)

各向异性线性力 (ALF) 可以有效地生成体积中的湍流波动，用于尺度求解模拟。

De Laage de Meux 等人提出的 ALF 方法[369] 是基于数字过滤的方法 [372] 或合成涡方法 [370]、[371] 等其他合成湍流生成方法的良好替代。ALF 的原则是强制尺度求解模拟的平均值（统计）属性接近平均速度和平均雷诺应力的目标值。可从同一流场的 RANS 模拟中获取目标值。

有关更多详细信息，请参见理论指南 — 各向异性线性力。