湍流模拟

湍流模拟（turbulent flow simulation），理学-力学-计算力学-计算流体力学，计算流体力学中，数值计算湍流流场的模型和方案的通称。湍流不仅是流体力学中最深刻的理论问题之一，也是实际工程中最经常发生的流动状态。因此，湍流模拟是计算流体力学（CFD）的核心内容。无论是商业CFD软件、开源软件还是自编软件，如果没有完善的湍流模拟功能，则实用价值非常有限。湍流模拟是计算流体力学中的重要挑战性问题，其困难性来源于湍流运动的非线性、非定常和多尺度特性。一般认为，在牛顿流体范畴内，纳维-斯托克斯（N-S）方程可以描述湍流运动的完整动力学过程。因此，只要空间和时间网格分辨率足够高，无须采用任何额外的湍流封闭或者建模措施，就可以通过直接求解N-S方程模拟湍流流动。这种方法称为湍流的直接数值模拟（direct numerical simulation; DNS）。然而，DNS需要分辨多尺度湍流含能结构，对计算网格的要求极高。H.崔[注]和P.穆因[注]估计，DNS所需网格数与流动雷诺数之间的关系为。