Page 301 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 赵恺雍，等：基于 NUFFT 增效随机波谱表示法的大涡模拟湍流入口生成方法 1505

布识别，涡核识别切片结果如图 8 所示。 参考文献：

人 类 [1] 朱伟亮，杨庆山. 基于 LES 模型的近地脉动风场数值模拟
工
合 发 [J]. 工程力学，2010，27（9）：17-21.
成 卡
涡 z 涡 ZHU Weiliang，YANG Qingshan. Large eddy simulation of
旋 旋 near ground turbulent wind field[J]. Engineering Mechanics，
y
x t=6 s计算域涡核分布
2010，27（9）：17-21.

图 8 DF-N-SWSRM 流场瞬时涡核分布 [2] STANLY R，MARTÍNEZ-TOSSAS L A，FRANKEL S H，
Fig. 8 Instantaneous vortex distribution in the flow field from et al. Large-Eddy Simulation of a wind turbine using a Filtered
DF-N-SWSRM Actuator Line Model[J]. Journal of Wind Engineering and

Industrial Aerodynamics，2022，222：104868.
图 8 中 的 涡 核 在 入 口 附 近 尺 度 较 小 且 分 布 密
[3] OKAZE T， KIKUMOTO H， ONO H， et al. Large-eddy
集，随着流域沿顺风向尺度逐渐增大且分布较为稀
simulation of flow around an isolated building：a step-by-step
疏；同时，涡核沿高度方向尺度有所增大，且分布更
analysis of influencing factors on turbulent statistics[J]. Build-
为稀疏。该现象进一步表明，由 DF-N-SWSRM 在湍
ing and Environment，2021，202：108021.
流入口合成的小尺度涡旋在数值计算域内逐渐发展 [4] TAMURA T. Towards practical use of LES in wind engineer-
为分布稀疏且尺度较大的类发卡状涡旋，表明随着 ing[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerody-
流场的发展，湍流中的高频成分有所损失，这与前文 namics，2008，96（10-11）：1451-1471.
结论较为一致，并在相关文献中得到了论证 [5, 13] 。 [5] JI B F，LEI W Z，XIONG Q. An inflow turbulence genera-

2.2.3 模拟耗时 tion method for large eddy simulation and its application on a
为进一步分析 DF-N-SWSRM 的模拟效率，统计 standard high-rise building[J]. Journal of Wind Engineering
了湍流生成耗时与 LES 模拟耗时，并与经典随机流 and Industrial Aerodynamics，2022，226：105048.
[6] KIM Y，CASTRO I P，XIE Z T. Divergence-free turbulence
合成方法进行了对比，结果如表 1 所示。
inflow conditions for large-eddy simulations with incompress-
表 1 模拟方法计算耗时对比 ible flow solvers[J]. Computers & Fluids，2013，84：56-68.
Tab. 1 Comparison of the consuming time between simulation [7] KEATING A，PIOMELLI U，BALARAS E，et al. A priori
methods and a posteriori tests of inflow conditions for large-eddy simu-

模拟方法 湍流生成耗时/h LES模拟耗时/h 总耗时/h lation[J]. Physics of Fluids，2004，16（12）：4696-4712.
DF-N-SWSRM 6.1 139 145.1 [8] TABOR G R， BABA-AHMADI M H. Inlet conditions for
随机流合成法 82.4 254 336.4 large eddy simulation： a review[J]. Computers & Fluids，

由表 1 可知，相较于经典随机流合成方法，DF- 2010，39（4）：553-567.
[9] CHEN L W， LI C， WANG J H， et al. A coherence-
N-SWSRM 的湍流生成耗时与模拟耗时均有所减少，
improved and mass-balanced inflow turbulence generation
提升了 LES 的模拟效率。

method for large eddy simulation[J]. Journal of Computational
Physics，2024，498：112706.
3 结 论 [10] KLEIN M，SADIKI A，JANICKA J. A digital filter based

generation of inflow data for spatially developing direct
（1）通过在二维 N-SWSRM 模拟顺风向湍流时， numerical or large eddy simulations[J]. Journal of Computa-
引入散度修正项，使得湍流入口附近三向湍流满足 tional Physics，2003，186（2）：652-665.
了连续性条件，从而可满足大涡模拟的数值计算，同 [11] KATAOKA H. Numerical simulations of a wind-induced
时保证了入口湍流各项统计特性的保真度。 vibrating square cylinder within turbulent boundary layer[J].
Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，
（2）基于 DF-N-SWSRM 进行入口湍流模拟后，计
2008，96（10-11）：1985-1997.
算域内平均风剖面、湍流强度等风特性指标均与理
[12] HUANG S H，LI Q S，WU J R. A general inflow turbulence
论值吻合良好，验证了所提方法用于生成大涡模拟
generator for large eddy simulation[J]. Journal of Wind Engi-
入口湍流的有效性。
neering and Industrial Aerodynamics， 2010， 98（ 10-11） ：
（3）由于大涡模拟过程中滤波函数与湍流高频
600-617.
能量耗散的影响，入口附近的小尺度涡旋逐渐发展 [13] YU Y L， YANG Y， XIE Z N. A new inflow turbulence
为大尺度涡旋，因此计算域内湍流功率谱与理论值 generator for large eddy simulation evaluation of wind effects
在低频区域吻合良好，在高频区域差异逐渐增大。 on a standard high-rise building[J]. Building and Environ-