在十几年不懈探索的基础上,中国科学院过程工程研究所介尺度科学研究部在这一思路的湍流应用中获得突破。研究发现湍流中惯性和粘性机制竞争中协调产生介尺度涡团,并形成湍流稳定性条件,利用该稳定性条件封闭湍流,建立了基于EMMS原理的介尺度湍流模型(图1)。基于EMMS原理的介尺度湍流模型大大改进了雷诺平均方法模拟湍流的精度,譬如,高雷诺数方腔流模拟中,EMMS湍流模型成功地捕捉到了标准

湍流模拟中,面对计算网格内的非均匀性, 要么采取平均化处理, 要么是通过大涡或直接模拟努力了解所有的涡结构, 而忽视了湍流介尺度上存在的最为重要的主导机制, 即粘性和惯性之间竞争中的协调产生介尺度涡团, 因而难以准确、大规模地描述湍流复杂系统。基于EMMS模型原理发展的介尺度科学思想,为湍流问题的研究提供了一种新审视角度,解决了非均匀湍流系统定量模拟的问题,并提升了工程湍流模拟的预测性能和解决实际问题的能力。相关结果于5月5日在Chemical Engineering Journal(Wang L, Qiu X, Zhang L, Li J. Turbulence originating from the compromise-in-competition between viscosity and inertia. Chemical Engineering Journal, 2016, 300:83-97.)上在线发表,该工作得到基金委、科技部和中科院青年创新促进会的支持。

图1 基于EMMS原理的介尺度湍流模型

图2 EMMS湍流模型和标准

(介尺度科学研究部)