稳态求解器算出的湍流拟序结构

[evensun]

想请教各位大佬一个有关稳态求解器与湍流的问题

就是理论上，稳态的求解器应该算出来一个最终残差很小的稳定解对吗

但是如果使用的湍流模型说，自己会解算出湍流的拟序结构（according to 它的提出者），所以使用稳态求解器算出来的解，会呈现出一个脉动的特征（比如涡的变化发展等过程），以至于没有一个收敛的解...

请问各位大佬是怎么看这样的结果的呢，这样是可以理解或接受的吗，又或请问有没有相关的资料可以学习一下这方面内容的呢（本人菜鸡，跪求指教）

[cccrrryyy]

@evensun 这里的拟序结构具体是指什么？

我觉得需要关注、明确这些名词的定义，如果这里提到的所有名词，比如“稳态解”，比如“拟序结构”，是大家一般认知里的意思，那这个结果肯定不能接受。首要原因就是，所采用的求解器（稳态求解器）根本不符合这个物理问题本身。

[evensun]

@cccrrryyy
老师说的是，我没有说太清楚。

毕竟所有的实际问题在严格的意义上都不是定常的。如果广义上这个流场的脉动比较小，那么理论上我们用一个稳态的求解器的话，是可以算出来一个残差很小的收敛解的，老师您看我这样理解是对的吗。

然而同时对于一些问题，虽然实际上并不能认为是一个严格的定常问题，但是我们现在使用的很多湍流模型用稳态求解器计算却能得到一个稳态的解，比如平面射流。

那么这个时候，对这样的非定常问题，如果一个湍流模型在稳态求解器的基础上，算得的结果呈现出了涡的发展变化过程，老师您是怎样看这个结果的呢

[evensun]

@cccrrryyy
当然老师您可能会问为什么非定常问题还要用稳态求解器，这个的话可能主要是这几点原因：

一是原有的经典模型如k-epsilon等对这些问题可以用稳态算法进行计算，通过模型理论中的平均方法得到稳态解（相关问题没有做足够的调研，应该也有使用瞬态求解器的）；

二是我现在使用的模型的提出者基本上都使用稳态算法进行求解的；

三是我初步使用了瞬态求解器进行计算，但不稳定，会发散（当然也有可能是算法和设置有问题导致的）

[cccrrryyy]

@evensun 求解器只负责求解数学式（控制方程），为什么要求解这个控制方程而不是别的控制方程是用户的选择，或者说取决于用户需要的是什么。
如果你需要百分百精确的描述一个非定常的物理问题，那你用稳态求解器原则上来讲是不合理的，但这个不合理不是说解方程这一步不对，而是你没有求解与你的需求相匹配的方程。如果你只需要部分描述这个物理问题，比如你关注时间平均量，那这时候用RANS去解这个问题，这一套下来是合理的。因为你需要的只是时均量，只是这个物理问题的一部分。
从这个角度去思考，你用稳态求解器计算了一个非定常的过程，求解器没有发散，甚至可能还体现出了一些有规律的震荡。这个现象本身其实是有意义的，但你在分析它的时候要非常小心。比如你认为“算得的结果呈现出了涡的发展变化过程”，这个表述是值得商榷的。

再啰嗦一点，关于RANS我一直觉得有个很有意思的角度。我们都知道雷诺数是决定流动的重要因素，我们可以认为控制方程也有一个“数值雷诺数”，它和普通的雷诺数定义类似，只是粘度项应该替换为分子粘度+数值粘度。在RANS中，数值粘度一般高出分子粘度2个量级甚至3个量级，所以尽管物理问题可能雷诺数很大，但数值雷诺数可能只在10的3次方或者4次方量级。10的3次方已经和我们通常认为的临界雷诺数接近了，导致RANS结果看起来是稳定的，就好像层流一样。
说白了，RANS模型对湍流的耗散非常强，把很多非定常的结构都给耗散掉了，留下了定常的部分。但这个耗散能力是有限度的，如果你求解的这个物理问题经过RANS模型后它的数值雷诺数正好处于临界雷诺数附近，那可能就是会有一些小的震荡。
这个湍流模型是自己开发的吗？你可以通过尝试不同的湍流粘度来验证一下，比如量级直接调大10倍，你说的这些震荡还存在吗？