Large Eddy Simulation for Compressible Flows

شبیه سازی گردابی بزرگ (LES) جریان های تراکم پذیر هنوز یک حوزه تحقیقاتی به طور گسترده ناشناخته است. نویسندگانی که کتاب‌هایشان مرتبط‌ترین تک نگاری‌ها در این زمینه محسوب می‌شوند، ارائه‌ای جامع و پیشرفته از نظریه و کاربرد LES موجود در اختیار خواننده قرار می‌دهند. این کتاب دنباله‌ای بر «شبیه‌سازی گرداب‌های بزرگ برای جریان‌های تراکم‌ناپذیر» است، زیرا بیشتر تحقیقات در مورد LES برای جریان‌های تراکم‌پذیر مبتنی بر توسعه‌های چگالی متغیر مدل‌ها، روش‌ها و پارادایم‌هایی است که در چارچوب جریان تراکم‌ناپذیر توسعه یافته‌اند. این کتاب به اصول و کاربردهای صنعتی کاربردی LES می پردازد تا به شکاف ها در چارچوب نظری اشاره کند و همچنین شکاف بین تحقیقات LES و نیاز روزافزون به استفاده از آن در مدل سازی مهندسی را پر کند.

پس از معرفی مبانی تلاطم تراکم پذیر و معادلات حاکم LES، چارچوب ریاضی برای پارادایم فیلتر LES برای معادلات جریان تراکم پذیر ایجاد می شود. به جای ارائه یک بحث کلی در مورد اثرات تراکم پذیری بر تلاطم به خواننده، تأکید بر تفاوت در تعاملات مقیاس در مقایسه با حالت تراکم ناپذیر است. مدل‌سازی عملکردی، از جمله مقدمه‌ای کوتاه در مدل‌سازی ضمنی از دیدگاه عملکردی، مورد بحث قرار می‌گیرد. توصیف مدل‌سازی ساختاری صریح شامل مدل‌های مختلفی بر اساس فرضیه شباهت مقیاس، بر روی دکانولوشن تقریبی و مفاهیم چند وضوح برای بازسازی میدان مقیاس زیرشبکه است. بخش مرکزی مونوگراف بحث روش های عددی در رابطه با LES است. پس از ارزیابی شرایط مرزی برای LES جریان‌های تراکم‌پذیر، که بسیار پیچیده‌تر از همتای خود برای جریان‌های تراکم‌ناپذیر هستند، آخرین فصل‌ها به کاربردهای خاص برای جریان‌های زیر و مافوق صوت، از جمله بحث در مورد مشکلات مربوط به شوک، اختصاص داده شده است.

Large Eddy Simulation (LES) of compressible flows is still a widely unexplored area of research. The authors, whose books are considered the most relevant monographs in this field, provide the reader with a comprehensive state-of-the-art presentation of the available LES theory and application. This book is a sequel to "Large Eddy Simulation for Incompressible Flows", as most of the research on LES for compressible flows is based on variable density extensions of models, methods and paradigms that were developed within the incompressible flow framework. The book addresses both the fundamentals and the practical industrial applications of LES in order to point out gaps in the theoretical framework as well as to bridge the gap between LES research and the growing need to use it in engineering modeling.

After introducing the fundamentals on compressible turbulence and the LES governing equations, the mathematical framework for the filtering paradigm of LES for compressible flow equations is established. Instead of providing the reader with a general discussion about compressibility effects on turbulence, the emphasis is put on differences in scale interactions compared to the incompressible case. Functional modeling is discussed, including a brief introduction into implicit modeling from the functional perspective. The description of explicit structural modeling contains different models based on the scale-similarity hypothesis, on approximate deconvolution, and on multi-resolution concepts to reconstruct the subgrid-scale field. A central part of the monograph is the discussion of numerical methods in relation to LES. After evaluating boundary conditions for LES of compressible flows, which are much more complex than its counterpart for incompressible flows, the last chapters are dedicated to specific applications to sub- and supersonic flows, including a discussion of shock-related problems.