为什么非定常湍流流场也可以采用时间平均法或非均匀流场可用空间平均法

zdong_hn

不知道发这样的帖子在这个版块是否合适，但我真的很想知道为什么。

我想雷诺平均和大涡模拟是有着某种相似性的。一个是时间，一个是空间。

大涡模拟有空间尺度之说，那雷诺平均是不是也有时间尺度之说呢。

用非稳态的雷诺平均法来做cfd，对时间步有什么特殊要求没有？它的计算结果可以直接用吗？还是需要做时间平均，如果要，这个时间尺度又怎么取呢？

刚开始学计算流体力学，大家多关照。

通流

第一，这个帖子发在这里很合适。
第二，雷诺平均既有空间尺度，也有时间尺度。
对于非定常流动，如果你对与紊流造成的时间尺度上的现象不感兴趣的话，那么雷诺平均应该是可以用的。

onesupeng

实际上是一种滤波~

lwd1981

“用非稳态的雷诺平均法来做cfd”，所得到的是平均流动关于时间的演化，也就是过滤了脉动信息后的流动信息随时间的演化。你求解的是RANS方程，因此已经事先就对脉动信息进行了过滤，所以不需要再次求平均。
只有你求解NS方程，也就是直接数值模拟，得到你感兴趣的时均量是需要进行时间平均的。

coolboy

雷诺方程只能在系综平均的假定下才能推出。
时间平均（或空间平均）是系综平均在各态历经下的特例或近似。
各态历经成立的条件是平稳（或均匀）过程。
时间（或空间）平均的尺度以及近似的好坏则同该尺度上平稳过程满足的程度直接相关。

这里，“系综平均”（ensemble average)、“各态历经”（ergodicity)、“平稳过程”（stationary process)等都是概率论和随机过程中很基本且也很深刻的概念。工程流体力学一般直接从时间或空间平均出发可解决一些实际问题，这么做一般也就不知道问题原本应该是怎样的，从而概念始终是模糊的。例如，那些时间或空间平均的尺度到底是无限还是有限？若是无限，则很多导数项必须消失。若是有限，则边界效应项又该如何处理？

假若对湍流理论的基础研究（而非工程应用）也是不知或不清楚这些基本概念，即不知问题原本应该是怎样的，而仅仅是在时间、空间平均上面打转转的话，则多半也会出乱子。以前有个帖子的讨论就是一个很好的例子：

[讨论]用非标准分析方法封闭湍流方程（吴峰）
http://www.cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=45356

尽管后面的有些帖子对错误的解释具有非常清晰和科普的特性，但实际上最专业、最给力论述还是由[6楼]的对月给出：

[6楼] 对月：RANS使用的是系综平均啊！

从对月的这一及其它的一些发言来看，他的流体力学功底还是不错的。

[ 本帖最后由 coolboy 于 2013-3-16 05:06 编辑 ]

通流

RANS推导都是假定系综平均跟时间平均是一样的。我想雷诺当年想的就是时间平均。我倒是不懂，怎么一说起时间平均，就成了概念模糊了？
即使你现在真的使用了系综平均，你又如何对LZ的问题有什么指导性的意见？这是真正检验概念的时候。

coolboy

原帖由 coolboy 于 2012-10-21 13:10 发表

                               
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雷诺方程只能在系综平均的假定下才能推出。
......
例如，那些时间或空间平均的尺度到底是无限还是有限？若是无限，则很多导数项必须消失。若是有限，则边界效应项又该如何处理？

看来很多人即使是用了很久的雷诺方程，但自己其实从没推过，一直是在稀里糊涂地瞎蒙。我再换个方式表述一下上面的一句话：
例如，那些时间（或空间）平均的尺度到底是无限还是有限？若是无限，则很多导数项必须消失。若是有限，则平均场仍然是时间（或空间）的函数，平均场与扰动场的非线性相关项取平均之后不为零，那些项又该如何处理？

通流

其实，这个所谓的“处理”大概是你有办法可以解出来。其实，我也可以不处理。就是把我要的都放在一块，不想处理的，或者不知道如何处理的都放在另一块。这块不处理的，或者不知道如何处理的，我们称之为紊流模型。这个瞎蒙跟你的可能不是瞎蒙，其实并没什么本质的区别。

其实，我想大多数人可能从来么没有听说过这个“系综平均”。中文名称我也是才知道。也许你可以给大家科普一下，如果系综平均跟时间平均和空间平均不一样的话，我们如何才能通过实验得到这个平均值。

onesupeng

无论贴上多么美丽的理论或者名词，他实际就是一个局部平均。至于局部平均（如时间）的尺度，和讲特征长度、特征时间的道理一样，没有统一的、严密的理论支撑。

不同意我说法的，请去查看RANS的原始文献，然后证明平均尺度，或者列出文献就可以。

coolboy

原帖由 通流 于 2012-10-22 21:26 发表

                               
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其实，这个所谓的“处理”大概是你有办法可以解出来。其实，我也可以不处理。就是把我要的都放在一块，不想处理的，或者不知道如何处理的都放在另一块。这块不处理的，或者不知道如何处理的，我们称之为紊流模型。这个瞎蒙跟你的可能不是瞎蒙，其实并没什么本质的区别。

其实，我想大多数人可能从来么没有听说过这个“系综平均”。中文名称我也是才知道。也许你可以给大家科普一下，如果系综平均跟时间平均和空间平均不一样的话，我们如何才能通过实验得到这个平均值。

我上面[5楼]说的“工程流体力学一般直接从时间或空间平均出发可解决一些实际问题”同你所说的“中文名称我也是才知道”是一回事。我知道你肯定不懂。我也知道你、也说过你看帖向来马虎（“看帖马虎，不分主次，先入为主等问题”），发帖老出乱子，所以在[7楼]就又强调、详细地解释了一遍，结果你还是误解了最关键的要点。

你说的紊流模型处理的是扰动场与扰动场的非线性相关项（也称雷诺应力项），而我说的不为零的项是平均场与扰动场的非线性相关项，两者就根本不是一回事。

通流

其实，这个有什么特别的问题呢？这些东西，要么忽略。对于大部分的时间尺度，忽略是没什么问题的。
对于不能忽略的情况，既然你总是觉得自己概念清楚，就留给你一个给大家解释的机会。省的我说一点，你就来说别人的概念不清。自己又不说到底是怎么会事情。其实，你不愿意把事情说清楚，意味着（1）自己也不懂，或者自己没搞清楚，所以觉得别人听不懂你的东西,（2）这是不太礼貌的。

coolboy

原帖由 通流 于 2012-10-23 01:21 发表

                               
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其实，这个有什么特别的问题呢？这些东西，要么忽略。对于大部分的时间尺度，忽略是没什么问题的。

一开始就把雷诺应力项忽略了，对于大部分工程问题来说，当然没什么问题的，哈哈。我刚好周末有时间在网上点到这个帖子，就随便说两句闲话，那晓得你当真了，消气，消气。

通流

我气不气其实不是这里的要点。我觉得，你的风格经常，或者基本都是，把别人扁一通，然后就没有下文了。我觉得这是对于读者不尊重的态度。

其实，不管是搞学术的，还是搞工程的，牛人我还是见了不少。并没有发现他们之间有什么相互轻视的现象。搞工程的，可能有些数学上并不严格，但是他们的重点是解决问题。这些并不是搞学术的人有能力做到的。其实，不管是学术还是工程的，都是要解决他所面对的问题。对于这一点，其实没有本质的区别。法国的综合理工大学的校长说的就会他的学校培养的就是解决问题的能力。上次在北航开的工程教育讨论会上，牛津的教授说的也是 “problem solving”。所以，法国的综合理工大学培养的学生既有得诺贝尔奖的，也有很多大公司的总裁，很多政府官员。

onesupeng

做个简单的调研：有没有做工程计算的同学，RANS模拟把雷诺应力忽略掉的？

通流见过没有？

我没见过。

onesupeng

我一直忽略没有做过研究得人说道，很显然，没有真正做过LES、RANS程序的，99%以上的人讲不清楚这些玩意到底是什么东西，别跟我讲这个滤波那个模型。如果你看那两本蹩脚师傅写的教材就懂这些，那流体力学早几百年就结题了，还那么多人搞什么鬼。

不服么？不服你把你做的LES、RANS的JFM、POF文章帖出来？虽然有文章并不代表什么，但至少说明你做过。“你”泛指，不要对号入座！

欢迎提出建设性异议！