難得十一假期空閑，有時間翻閱上學時的讀書筆記。那會對工程熱力學和傳熱學兩門課程的學習最為認真，課后筆記共有八本。但對流體力學這門課程一直心有遺憾，沒有深入地系統推導過，導致對很多問題的理解不夠深刻。于是一時興起，簡要地整理下湍流理論。

湍流是流體的一種流動狀態。當流速較小的時候，分子間粘性作用力占主要作用，促使流體有序分層流動，互不混合，此狀態被稱作層流或穩流。隨著流速的增加，流體微團慣性力作用將逐漸顯現，流體的流線開始出現波浪狀擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此狀態被稱作過渡流。當流速增加到一定程度時，慣性力完全占主導作用，流場內部呈現混亂、無序、摻混的狀態，并伴有渦旋且流線不再清楚可辨，此狀態被稱作湍流。

湍流是流體內在隨機屬性的體現，其實質是微觀層面粒子運動的隨機特性或是離散粒子性，例如流體的隨機性分子運動(布朗運動)或熱運動。對湍流實質的認識還依賴于分子動力學及量子力學領域的進展，并最終能協調好微觀隨機性與宏觀湍流結果之間的關系。LBM方法是一種基于介觀(mesoscopic)模擬尺度的計算流體力學方法，通過模擬有限粒子流動和碰撞過程來觀測宏觀流體系統的流動行為，即從概率統計力學角度構架起宏觀與微觀、連續與離散之間的橋梁。盡管LBM存在多種局限，但是算法理念本身的思想是先進的，兼顧了微觀與宏觀，是一種有前途的方法。

基于連續性假設N-S方程下的湍流模擬，總體上可根據是否引入簡化湍流模型而分為兩類：1)直接模擬(Direct Numerical Simulation)：直接數值求解N-S方程，即求解出整個空間尺度和時間尺度范圍內的湍流結果，唯一的濾波是計算網格的尺寸，我們在流體域內劃分一定精度的網格時，已經濾掉了與網格尺度相近或更小的渦流；2)非直接模擬(Non-Direct Numerical Simulation)。

非直接模擬可根據處理思路分為三類：1)大渦模擬(Large Eddy Simulation)：在控制方程中引入濾波函數，濾除小于濾波器設置尺度的渦流；2)雷諾平均法(Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equations)：把精確瞬態N-S方程的解分解成均值分量和波動分量，并針對雷諾應力項補充封閉條件使得變量數等于無關方程數量，即使方程有定解；3)統計平均法(Statistical Mean Method)：湍流具有內在隨機性，對于隨機性問題而言統計平均法易于獲得宏觀規律。湍流理論中有三種統計平均方法，分別是時域法、體均法和按概率平均法，基于三種方法可對湍流進行統計分析。

結合商用CFD軟件Fluent，概括湍流數值模擬方法如下：

參考文獻

https://www.cfd-online.com/

ANSYS 18.0 Fluent Theory Guide.pdf

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机模拟的概念,湍流概念及数值模拟方法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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