顺便说一下,liqiwen的上述理解是错误的。网格的空间尺寸和时间步长的要求,由解的波长和频率来决定。没有这样的结论:时间平均后,湍流的空间尺度一定变大。
但是,今天大多数人都结受它。提醒的是,它没有科学的依据。
顺便说一下,liqiwen的上述理解是错误的。网格的空间尺寸和时间步长的要求,由解的波长和频率来决定。没有这样的结论:时间平均后,湍流的空间尺度一定变大。
但是,今天大多数人都结受它。提醒的是,它没有科学的依据。
严格(一般)来讲,没有雷诺时均,或雷诺空间平均方程。雷诺平均方程(RANS)指的是,雷诺统计平均方程。数学上,我们可以严格地根据概率统计理论推导出雷诺平均方程。导出的雷诺平均方程,形式上,和教科书的雷诺平均方程一样。但是,雷诺应力是统计平均意义下的雷诺应力。
当湍流的统计平均过程是一个定常过程(这时,我们可以做雷诺时均方程),雷诺统计平均方程就和雷诺时均方程一样了。这时,雷诺应力可以理解为时间平均意义下的雷诺应力。
LES,和雷诺平均方程,或雷诺时均方程,没有任何关联。LES指的是,一个虑波算子作用NS方程后的一个方程组。虑波算子作用后,留下格子雷诺应力。格子雷诺应力是一组积分方程。LES平均方程+格子雷诺应力积分方程,是数学上封闭的。今天大家都不直接解格子雷诺应力积分方程,而是用一个简单的方程,近视它们。但是,理论上,LES不存在任何问题。
雷诺平均方程是理论上不封闭的。这就是我们常说的没有解决的湍流问题,它是现代物理最重大的没有解决的问题之一。LES没有封闭性的问题,因为理论上它是封闭的。
湍流是一个随机过程。对于随机过程,我们可以研究它的统计规律,或者它的一个事件。统计规律是无限多的事件的统计宗和。
DNS 和 LES 计算的仅仅是湍流的一个事件,而雷诺平均方程描绘的是湍流的统计过程。你可以设想,不求解雷诺平均方程,而要得到湍流的统计过程,你需要求解无限多次DNS或LES,然后你才能得到湍流的统计过程。
理论上,一个雷诺平均方程的解会给你湍流的统计过程,免取你求解无限多次DNS或LES。但是,实际上,雷诺平均方程,由于未知雷诺应力,而不封闭。因此,目前雷诺平均方程仅仅是一经验方程。
进一步的研究,我们会发现,没有新的物理和数学的突破,雷诺平均方程将不会封闭。也许,当雷诺平均方程封闭的时候,湍流问题将被解决 - 这也许是科学史上,最重大的事件之一。
@搬运工
我们可以用涡和波的方法,描述湍流。说湍流是涡,比如,Kolmogorov理论:湍流是由大涡,中涡,小涡,和最小涡组成。涡的能量的转递维持这些涡的生存和运动。每种涡都有时间尺度和空间尺度。时间尺度指的是涡旋一周用的时间;空间尺度是指涡的空间大小。可见,湍流有很多时间尺度和空间尺度。
湍流也可以用波来描绘。波理论来描绘湍流,湍流是由各种波组成。分解湍流到频谱空间,你可以得到各种波福和波频。这些波福是湍流的空间尺度,而波频的倒数是湍流的时间尺度。