科创中国

高端装备制造产业

中国科学院力学研究所王士召、刘毅团队基于天河系列超级计算机开展了RSM-RANS/LES混合方法研究，该方法在模拟非定常、多尺度高雷诺数湍流问题方面具备高效、高保真度的优势，该方法也被NASA认定为最有可能于2030年实现高雷诺数非定常流动的高保真度模拟方法之一。为克服涡粘框架下RANS/LES混合方法在模拟曲面壁湍流问题时存在的不足，力学所研究团队采用微分雷诺应力输运模型（Reynolds Stress Model，RSM）为近壁模型，实现了基于雷诺应力模型的RANS/LES混合方法，借助RSM模型在刻画各向异性湍流历史效应和局部效应方面的优势，提高壁面模型对曲面边界下附面层中湍流的解析能力。以光体SUBOFF潜航器构型为例，在0o迎角、0o侧滑角、雷诺数ReL=***×106的来流条件下，详细考察了RSM-RANS/LES混合方法的模拟性能，特别是针对SUBOFF尾段曲面边界层的刻画性能。 计算结果表明，RSM-RANS/LES混合方法预测的平均Cp、Cf分布与实验值和LES模拟结果吻合良好。相关成果发表于《Physics of Fluids》。

对于脉动量的模拟，RSM-RANS/LES混合方法的近壁模型中包含了精确的雷诺应力生成项，能够很好地模拟曲面边界的影响和非定常效应。因而，在模拟存在曲面边界及逆压梯度的潜航器尾段时，RSM-RANS/LES混合方法表现出比SST-RANS/LES混合方法更好的性能，所预测的脉动速度分布都与实验值和LES模拟结果吻合良好。 该项研究着眼于模拟高雷诺数湍流问题的方法研究，以丰富和完善RANS/LES混合模拟方法、提升RANS/LES混合方法对复杂湍流结构的解析能力为目标，形成了适合复杂湍流问题的高置信度计算模型及相应的分析方法。

该研究工作得到了国家自然科学基金，以及中国博士后科学基金的资助，其中数值计算工作得到了国家超级计算天津中心（天津超算中心）的大力支持。 天津超算中心已服务全国超30个省级行政区的8000余家重点用户，涉及航空航天、生物医药、高端装备、汽车、气候海洋、新材料、新能源等诸多领域，形成“算天、算地、算人、大科学、大工程”的“计算驱动创新”服务模式，并打造了涵盖40家战略合作机构、20家产业联盟、18家联合实验室、10余家分中心、1个专业化服务团队的产学研融合创新体系，聚集了百余家生态伙伴，累计支持国家重大项目4000余项，取得国家级、省部级奖励成果和包括Nature、Science在内出版成果超过3600项，为企业新增经济效益超过160亿元，全面支撑科技创新和产业发展。