Modeling Complex Turbulent Flows

مدل‌سازی آشفتگی هم به یک مشکل اساسی در فیزیک می‌پردازد، «آخرین مشکل بزرگ حل‌نشده فیزیک کلاسیک»، و هم در حل مشکلات عملی دشوار از مهندسی هوانوردی تا هواشناسی دینامیکی اهمیت گسترده‌ای دارد. با این حال، رشد امکانات کامپیوتری ابرکامپیوتر اخیراً باعث تغییر آشکاری در تمرکز تحقیقات آشفتگی از مدل‌سازی به شبیه‌سازی عددی مستقیم (DNS) و شبیه‌سازی گردابی بزرگ (LES) شده است. این تغییر تأکید در زمانی اتفاق می‌افتد که ادعاهایی در جهان پیرامون ما مطرح می‌شود مبنی بر اینکه خود تحلیل علمی به‌زودی با یک «پارادایم» قدرتمندتر مبتنی بر محاسبات عظیم و تجسم پیچیده‌تر تغییر شکل داده یا جایگزین خواهد شد. اگرچه این دیدگاه فاقد حامیان متقن و تأثیرگذار نبوده است، اما در بهترین حالت می توان این ادعاها را زودهنگام ارزیابی کرد. از این گذشته، همانطور که یکی از محققین محاسباتی اظهار تاسف کرد، «کامپیوتر فقط کاری را انجام می دهد که من به او می گویم، و نه آنچه را که من می خواهم. در تحقیقات آشفتگی، گمانه‌زنی اولیه مبنی بر اینکه روش‌های محاسباتی نه تنها جایگزین محاسبات مبتنی بر مدل، بلکه حتی اندازه‌گیری‌های تجربی می‌شوند، به تحقق نزدیک نشده‌اند. مشخص شده است که روش‌های محاسباتی و توسعه مدل شرکای برابر در تحقیقات آشفتگی هستند: DNS و LES ابزارهای ارزشمندی برای پیشنهاد و اعتبارسنجی مدل‌ها هستند، در حالی که مدل‌های آشفتگی همچنان ابزار ترجیحی برای محاسبات عملی هستند. ما معتقد بودیم که سمپوزیومی که اهمیت عملی و علمی مدل‌سازی آشفتگی را مجدداً تأیید کند، ضروری و به موقع است.

Turbulence modeling both addresses a fundamental problem in physics, 'the last great unsolved problem of classical physics,' and has far-reaching importance in the solution of difficult practical problems from aeronautical engineering to dynamic meteorology. However, the growth of supercom­ puter facilities has recently caused an apparent shift in the focus of tur­ bulence research from modeling to direct numerical simulation (DNS) and large eddy simulation (LES). This shift in emphasis comes at a time when claims are being made in the world around us that scientific analysis itself will shortly be transformed or replaced by a more powerful 'paradigm' based on massive computations and sophisticated visualization. Although this viewpoint has not lacked ar­ ticulate and influential advocates, these claims can at best only be judged premature. After all, as one computational researcher lamented, 'the com­ puter only does what I tell it to do, and not what I want it to do. ' In turbulence research, the initial speculation that computational meth­ ods would replace not only model-based computations but even experimen­ tal measurements, have not come close to fulfillment. It is becoming clear that computational methods and model development are equal partners in turbulence research: DNS and LES remain valuable tools for suggesting and validating models, while turbulence models continue to be the preferred tool for practical computations. We believed that a symposium which would reaffirm the practical and scientific importance of turbulence modeling was both necessary and timely.