大涡模拟：从WRF到PALM的完整数值模拟工作流

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@小白创作中心

大涡模拟：从WRF到PALM的完整数值模拟工作流

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CSDN

https://blog.csdn.net/JNLWLAQ/article/details/146910178

大涡模拟（LES）是一种用于模拟湍流流动的数值方法，通过直接求解大尺度涡旋的运动方程，同时对小尺度涡旋采用亚格子模型来处理。它在多个领域都有广泛的应用，以下是一些主要的应用领域：

1. 大气科学

微尺度气象学：LES能够精确模拟小范围内的大气过程，如城市和复杂地形中的风场、湍流特征和局地环流。
边界层动力学：用于研究边界层的演变及其动力学特性。
大气弥散：模拟污染物在大气中的扩散过程。
风能预报：通过模拟风场来预测风能潜力。
大雾预报：通过模拟湍流特征和局地环流来预测大雾的发生和发展。

2. 航空航天

气动噪声：用于模拟飞机翼的气动噪声，帮助优化设计以降低噪声。
飞行器气动性能：模拟飞行器周围的复杂湍流流动，提高气动性能。

3. 汽车工程

风阻优化：模拟汽车周围的湍流流动，帮助优化车身形状以降低风阻。
发动机燃烧：模拟发动机燃烧室内的湍流燃烧过程，提高燃烧效率。

4. 能源工程

燃烧过程：在燃烧室设计中，LES能够准确捕捉火焰的非定常特性，帮助优化燃烧过程。
风力发电：用于模拟风场中的湍流结构，优化风力发电机的布局和性能。

5. 环境科学

城市环境模拟：模拟城市中的热岛效应、建筑物尾流和热羽流等现象，帮助改善城市环境。
污染物扩散：研究污染物在城市和复杂地形中的扩散过程。

6. 海洋科学

海洋湍流：用于研究海洋中的湍流结构和混合过程。

7. 工业设计

复杂流动模拟：在需要高精度模拟湍流流动的场合，如化工设备中的流体流动。

8. 火灾安全

烟气流动：模拟火灾中烟气的流动和扩散，帮助设计更安全的建筑和通风系统。

大涡模拟（LES）因其能够捕捉湍流的瞬态特性和复杂流动细节，虽然计算成本较高，但在需要高精度模拟的领域具有不可替代的作用。

随着低空经济的蓬勃发展，无人机、空中出租车等新型交通工具正在重塑我们的城市空间。这场静默的革命不仅带来了经济机遇，更对城市大气环境提出了全新挑战。在距离地面200米以下的城市冠层中，建筑物与大气的复杂相互作用、人类活动产生的热量和污染物，都在塑造着独特的城市微气候。理解和预测这个复杂系统的行为，对于保障低空交通安全、改善城市人居环境具有重要意义。城市气候学正经历着前所未有的发展机遇。从传统的城市热岛效应研究，到新兴的城市边界层动力学探索，科学家们需要更精细的工具来描述城市大气运动的复杂性。大涡模拟（LES）作为一种先进的数值模拟方法，能够精确捕捉建筑物尾流、热羽流等城市特有的湍流结构，为我们打开了认识城市大气环境的新窗口。然而，掌握大涡模拟技术绝非易事。从WRF-LES到PALM，每一个模式都像一把精密的手术刀，需要操作者深入理解其工作原理，熟练掌握其使用方法。