導讀：介紹大渦模擬（LES）,。

• 在LES中，并不是所有的尺度都被建模,，但大的湍流尺度被數(shù)值方法解決,；
• 由于網(wǎng)格分辨率的限制，較小的尺度渦流無法得到解決,；
• LES的計算成本比RANS高得多,；
• 對于近壁流動計算成本非常昂貴。

• 相比于RANS準確性的提升：

具有大分離區(qū)的氣流（停止的機翼/機翼,、流過建筑物,、渦流不穩(wěn)定等）

• 需要額外的信息
• 聲學-來自RANS的不可靠的聲學頻譜信息,；
• 渦空化，渦內低壓引起空化,，需要分辨渦；
• 流體-結構相互作用(FSI)-非定常力決定了固體的頻率響應,。

傳統(tǒng)的LES對渦流的過濾是基于網(wǎng)格的分布和分辨率

• 只有流動大于網(wǎng)格間距時,，才能利用平均Navier-Stokes方程進行求解；
• 平均NavierStokes方程在網(wǎng)格單元大小(Vol)上“過濾”出小尺度,；
• 就像在RANS中一樣,，平均會導致NS方程中額外的應力項；
• ????>?-求解,，????<?-建模（????-湍流渦流尺寸）
• 子網(wǎng)格模型通常是一種渦粘度模型：

從湍流頻譜可以看出：

• 湍流動能頻譜不能分解到耗散尺度（柯爾莫戈羅夫尺度）
• 能量必須在網(wǎng)格極限下從頻譜中耗散;
• LES渦流粘度提供了所需的阻尼;
• LES并沒有模擬小尺度,，它只是耗散它們。

• 由于維度的原因,，渦流粘度必須擴展,，比方說；
• 如前所述,，LES模型只能對小于網(wǎng)格限制的湍流尺度進行建模,，因此相關的長度尺度是指網(wǎng)格間距；
• 在代數(shù)模型中,，唯一的速度尺度是梯度,；
• 因此最簡單的模型是Smagorinsky模型：

• 需要注意的是，LES模型的渦流粘度隨著網(wǎng)格尺寸的增大而減小,。

• LES模型不僅應為需要求解的湍流提供阻尼,，還應為已經(jīng)求解的湍流提供多個零值：，尤其是在層流區(qū)域,；
• 如果存在層流,，一般不會想著去用LES模型，比如對于Couette流動,，因為層流Couette流中,，不需要阻尼任何事物，但Smagorinsky模型依舊會提供有限的渦流粘度,，因為應變率不會下降至0,，這也是開發(fā)其他更加復雜模型的原因。

• Smagorinsky 模型 (Smagorinsky, 1963)

需要特別的近壁阻尼,。

• WALE 模型(Nicoud & Ducros 1999)

糾正漸近近壁行為,。

• Dynamic模型 (Germano et al., 1991)

Smagorinsky常數(shù)的局部適應。

• 動態(tài)子網(wǎng)格動能傳輸模型（Kim&Menon2001）僅在FLuent可選

• 使用LES,，所有相關的尺度都必須得到解決
• 自由剪切流湍流尺度很大,，在時間和空間上都很容易被解決,；燃燒室（如果不考慮近壁行為）
• 近壁邊界層流
• 近壁面湍流結構非常小，甚至肉眼無法辨別,；
• 需要在時間和空間上求解,；
• 即使是對于較小的域，也會有過高的CPU成本,；
• 在一個真實壁面中有許多邊界層,。

• 網(wǎng)格數(shù)量隨著雷諾數(shù)增大而增加

壁面求解的困難

• 湍流長度尺度????與Re數(shù)無關;
• 子層內的湍流結構被阻尼排除，只需要求解子層上方的結構;
• 然而粘性子層的厚度隨著Re數(shù)的增加而減小;
• 隨著Re的增加,，近壁的較小的湍流結構會“暴露”——這些結構需要在三維空間和時間中得到解決,。

解決方法

• 原則上有兩種方法可避免解決薄壁結構（即只分辨黃色尺度）：
• 壁面函數(shù)
• 粗糙的近壁網(wǎng)格，細胞中心在對數(shù)層中,；
• 使用壁面函數(shù)連接子層,。
• 近壁建模
• 在內部部分使用RANS模型（圖中為粉紅色）。這允許只在壁面法線方向上解決近壁面層內的流動,；
• 實質上是LES與RANS的混合模型,。

• WMLES-概念-代數(shù)模型:
• 普朗特的混合長度模型與Smagorinsky模型的混合；
• 在近壁處,，使用RANS模型（普朗特）,，遠離壁面，選擇LES模型,；
• 現(xiàn)在有許多WMLES公式,，一些基于代數(shù)模型，一些基于輸運方程(如DES或SBES),。

• 由RANS計算的湍流長度與混合層厚度成正比：

• 跨混合層至少需要10個單元（最小值）;
• 在其他兩個方向上的間距相似
• 比邊界層分辨率更容易實現(xiàn),，因為不需要近壁的細化。

• Smagorinsky模型：
• 提供平面剪切（層流）的非零渦粘度,；
• 不能用于轉捩流,；
• 需要近壁阻尼；
• 不太推薦,。
• Dynamic模型
• 避免了Smagorinsky模型的缺陷,；
• 需要測試過濾器；
• 需要時間平均,；
• 相對較高的模型復雜性,。
• WALE模型：
• 避免了Smagorinsky模型的缺陷；
• 簡單和準確之間很好的妥協(xié),；
• 請注意,，WALE并不是一個WMLES！
• WMLES
• 用于更高的Re數(shù)，以避免經(jīng)典LES模型的不利重新縮放,。

• LES可進行大型湍流尺度求解,；
• AnsysCFD有大量模型可用：
• LES可以應用于自由剪切流動，但對于壁界流動的求解計算成本很高,；
• LES的Re擴展可以通過壁面LES（WMLES）減少,，但計算成本依舊很高；
• LES和WMLES都可以用于嵌入式/區(qū)域公式,，以減少LES域的大小
• 通常需要個時間步長;
• 與RANS相比,，計算成本依舊很高。