物理学 > 流体动力学
[提交于 2025年6月1日
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标题: 湍流的快速合成与多尺度相干涡旋
标题: Fast synthesis of turbulence with multi-scale coherent vortices
摘要: 湍流合成方法往往难以同时再现相干涡旋并捕捉关键的统计特征。 我们引入了一种快速的合成湍流方法来生成瞬时湍流场(称为“编织湍流”),该方法结合了分数维模型和相干结构的优点,具有多尺度涡旋。 该方法基于分数布朗桥构造的随机中心线生成多尺度Burgers涡管。 最大的涡和最小的涡分别控制积分尺度和耗散尺度,从而能够精确控制能量谱在能量包含范围、惯性范围和耗散范围内的分布。 可调的涡密度允许在速度统计中实现定制的间歇性。 值得注意的是,编织湍流的计算成本极低,与网格点总数成正比。 对于Taylor-Reynolds数大于200的情况,其计算成本比直接数值模拟(DNS)低五个数量级以上。 与DNS数据的对比验证表明,在能量谱、速度概率分布和间歇性标度方面具有良好的一致性。 与先前的方法不同,编织湍流同时再现了高斯速度场、能量谱的Kolmogorov五分之三缩放规律以及类似真实湍流的相互缠绕的相干涡旋。 这种方法不仅弥合了结构性湍流建模和统计性湍流建模之间的差距,还为需要逼真湍流场的应用提供了一个高效的工具。
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