LES大渦模擬中考慮的是三維的非穩態速度場，這些速度場中的大渦結構被解析并呈現。

自Smagorinsky、Lilly以及Deardorff之后，LES模擬有了大幅度的進展。然而，一些基礎的LES理論依然值得討論。

本文就來討論一下LES模型中的幾個基本問題。這些討論主要取自Pope在2004年發表的一篇文章(左下角閱讀原文跳轉)。

LES是你的最佳選擇么？

恐怕目前沒有一個唯一的最優模型。

但可以肯定的是，在未來，LES在工程領域的模擬會越來越多。然而，RANS在工程領域依然會在很長時期出于統治地位。

目前對于高雷諾數的自由剪切流動，選擇LES的原因是很充分的。這種流型中的傳遞過程受解析的大尺度渦影響極大。然而有些流動，比如高雷諾數以及高Damkohler數的湍流燃燒，傳遞過程發生在最小的空間尺度。對于這些流動，調用LES模擬可能并不那么讓人信服。

另一個就是壁面附近的高雷諾數流動，但是Chapman在1979年已經指出LES不能捕獲進壁的結構，其必須被模化否則會引起計算資源消耗的指數增加。

LES可以解析所有的尺度么？

上一個問題中，已經討論了有的傳遞過程發生在最小的空間尺度。那么LES可以解析所有的尺度么？

在波音777的模擬中，DNS可以捕獲10e8個量級的近壁條帶，在LES中，一個近壁條帶都沒有被解析，因此所有的壁面剪切力都被模化計算。針對LES和DNS的這種區別，不禁要問，有必要解析這10e8個近壁條帶么？

目前學術界對這方面已經有了些許進展。在這里不做詳細的理論介紹，感興趣的讀者可以參考Meneguzziet al. 1996年在JCP上發表的文章。

近壁條帶模擬結果，圖片來源于google

是否有足夠的計算機資源？

目前我們可以做一些簡單流動的LES模擬(本文發出時間為2004年)。很明顯，至少現在來看，用于LES的計算資源是不足的。但隨著計算機能力的提升，在未來，可以預見會有足夠的計算資源用于LES模擬。

在不具備計算資源的情況下，CFDer不得不做出妥協，尤其在數值精度上作出妥協。

Pope對于LES計算資源做的預測

LES是物理模型，還是數值算法？

不同的LES模型，具有不同的答案。

目前主流的看法是LES為物理模型。其不過是一系列偏微分方程組，這些方程組中包含一個未知量?。在網格充分小的時候，LES方程可用于解析速度場并獲得高精確的解。

另一方面，也可以說LES是跟網格分辨率高度相關的，是一種網格依賴類模型。

網格尺度固定后，?越大，數值的精準度約高。?越小，可以捕獲更廣的湍流結構。在這種情況下，CFDer也要做出艱難的選擇。

但，也存在一些數值的LES，如Monotonically Integrated LES, Optimal LES等。這些模型，屬于數值上的LES。

LES是完整的么？

我們認為一個模型如果不需要指定某些流動相關變量即為完整的。

例如kEpsilon模型則是完整的，因為不需要給定參數。對于混合長模型，即為不完整的，因為需要指定混合長(位置和時間的函數)。如果兩個CFDer對同一個流型指定了不同的混合長計算公式，結果是完全不同的。

然而，這并不是像電視劇結局一樣總是美好的。LES，也是不完整的。這個不完整就起源于?，其往往和網格分辨率有關。

將LES變的完整，或許可以嘗試自適應LES。本文在這里不討論眼暈的公式，感興趣的讀者，可以查閱相關文獻。

解析速度和真實速度的區別？

流動中是真實的速度，LES求解的是解析的速度。那么這兩個有區別么？

我們用kEpsilon模型來舉例，在湍流流動中，湍流動能是有明確的定義的，其和脈動速度直接相關。同樣，湍流動能耗散率也為形變率的函數。

但是在kEpsilon模型中，k和epsilon是通過方程求解而來。而不是定義。這就意味著，求解的湍流動能和湍流動能耗散率，并不是真實的湍流動能和湍流動能耗散率。

完美的kEpsilon模型，如果存在的話，預測的湍流動能應該和真實的湍流動能相同。

LES也一樣，解析的速度并不是真實的速度。那么是否有完美的LES模型呢？

答案是否定的。原因一樣，LES的解析速度是求解LES方程獲得的，并不是對真實的速度進行濾波后得到的。

不同的LES模型如何對比？

給定兩個LES模型，模型A和模型B。如何判斷孰優孰劣呢？Pope建議從下面5個方面來進行鑒定：描述性、完整性、易用性、適用性以及精度。

在LES中，如果?趨向于0，那么結果則變為DNS。這是最高的精度。代價也是最高的計算資源。因此，判斷LES模型的優劣，主要就是達到相同的精度，需要調用多大的計算資源。

總體來說，在過去的40年，LES有了十足的進展，這也和計算機能力的提升息息相關。本文討論的，只是LES模型中基本的理論問題。目前除去自適應LES，大部分LES模型是不完整的，這個問題主要來自于?。

目前，在LES計算中，最大的問題，就是如何盡可能減小結果對?的依賴性。

上一次，CFDer留言DNS做的太少

那LES呢？有的玩么？

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的les有学计算机的吗,拷问LES大涡模拟的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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