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一个稳定的尺度软件动态建模框架,用于二维湍流的次脊尺度参数化。 (英语) Zbl 1390.76194号

摘要:二维湍流的物理机制对大规模地球物理流中的亚脊尺度物理建模提出了挑战。为此,我们提出了一种用于二维湍流次脊尺度参数化的模块化动力学建模方法。为了开发一种统一的动态建模方法,通过最小化功能模型和结构模型之间的误差,提出了一组耦合的亚脊尺度模型。这种方法与基于测试滤波的动态方法有着根本的不同,我们的分析中也包含了这种方法。我们的工作包括两个不同的函数非线性涡粘性核:(i)Smagorinsky的应变速率和(ii)Leith的基于涡度梯度的公式。通过结合基于尺度相似性和近似反褶积方法的结构模型,从局部流动物理中动态计算与这些涡流粘性核相关的混合长度尺度。将一组高达(mathrm{Re}=128000)的衰减湍流实验与分辨率为(2048^{2})的直接数值模拟(DNS)进行了比较。首先,研究表明,由于Leith涡粘性核具有更大的尺度选择性,因此使用Leith涡粘性核通常可以获得较少的耗散结果。在提出的混合模型中,可以看到动态Bardina方法产生的耗散结果最少,其次是动态Layton和动态AD模型。由于其耗散性更强,动态AD模型似乎是在粗网格描述上进行超大涡模拟的有效方法。为了阐明数值对亚网格尺度物理的影响,考虑了两种不同的高阶离散化方案,即四阶Padé和Arakawa方案。基于数值评估,我们得出结论,在获得接近DNS数据的能量谱方面,基础数值离散化的选择比子网格建模更重要。

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76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
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