湍流在自然界中无处不在,从海洋深处到河流湍急处,从飓风到沙漠风暴,都有着湍流的影子。湍流模型是一种数学模型,可以在计算机上模拟自然界中复杂的湍流流动,对于了解和预测天气、洪水、海洋环境、航空航天等领域具有重要的意义。
湍流模型分为直接数值模拟和大涡模拟两种。直接数值模拟需要尽可能多地考虑运动流体微观结构,计算量巨大,目前只能模拟较小的湍流。大涡模拟则相对简单,只考虑较大的涡旋结构,可以模拟较大规模的湍流。
但是,湍流模拟仍然存在很多挑战,比如由于湍流本质上是混沌流动,微小的初始变化会导致预测结果出现巨大误差;同时湍流的分辨率需要极高,意味着需要运算大量的数据。
目前,湍流模拟的研究正在紧锣密鼓地进行中,科学家们也在不断挑战着数值计算的极限,以期能够更好地帮助人类理解自然中的湍流流动。