王建春，吴乘胜，王 星，徐金秀

（1.中国船舶科学研究中心 水动力学重点实验室，江苏 无锡214082；2.江南计算技术研究所，江苏 无锡214081）

0 引 言

湍流的数值模拟主要有雷诺平均数值模拟、大涡模拟以及直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，DNS）三种方法，每种方法都有其重要的作用和地位，不可能被其他手段所完全代替。工程上研究湍流普遍采用的数值模拟方法是雷诺平均数值方法。这种方法的计算相对比较简单，但是获得的信息比较少，很难模拟到湍流的全部拟序结构；此外，它致命的缺陷是湍流模型不具有普适性。大涡模拟的主要思想是大尺度湍流涡系结构采用直接数值模拟方法求解，而小尺度湍流涡系结构则采用亚格子模型的方法来模拟；因而，其不足之处在于无法准确模拟小尺度涡系结构以及小尺度涡的耗散过程。

湍流数值方法中最准确的是DNS[1-3]。它不需要任何湍流模型，直接数值求解三维瞬态流动控制方程，能够捕捉到不同瞬时的湍流细致流场结构，因而可以了解湍流的精细流场、流动现象和流动规律等。DNS计算所得结果既可以用来深入研究湍流的流动结构，还可以用来检验和发展各种雷诺平均数值方法的湍流模型，检验大涡模拟的各种亚网格尺度模型以及检验湍流实验的测量精确度等。

制约DNS工程应用的关键瓶颈，在于其为了能够模拟所有尺度的湍流脉动以及各种尺度的拟序结构，求解算法需要具有非常高的时空分辨率，即数值模拟中需要足够多的时间步和足够精细的网格。……