Teoría de patrones de turbulencia o simplemente modelo de turbulencia. El movimiento turbulento tiene flujos de vórtice de escala casi infinita en física y una fuerte no linealidad en matemáticas, lo que dificulta la resolución de problemas de turbulencia tanto en experimentos teóricos como en simulaciones numéricas. Aunque la ecuación N-S puede describir con precisión los detalles del movimiento turbulento, resolver una ecuación tan compleja requerirá mucha energía y tiempo. De hecho, la ecuación promedio N-S se utiliza a menudo para describir el movimiento turbulento que se encuentra en problemas de ingeniería y física. Cuando promediamos las ecuaciones N-S del flujo turbulento arremolinado irregular aleatorio inestable tridimensional, obtenemos la ecuación promedio correspondiente. En este momento, se agregan seis términos de tensión de Reynolds desconocidos a la ecuación promedio, formando así una versión no cerrada de la ecuación básica. de turbulencia. La búsqueda de condiciones y relaciones adicionales basadas en las leyes del movimiento de turbulencia para cerrar la ecuación ha impulsado el desarrollo de varios modelos de turbulencia en los últimos años, y se ha perdido mucha información detallada sobre el flujo en el proceso de promediación. Para recuperar esta información de flujo perdido, también debemos introducir un modelo de turbulencia. Aunque muchos modelos de turbulencia han logrado ciertas capacidades de predicción, aún no se ha obtenido un modelo de turbulencia unificado eficaz. De manera similar, en el estudio del flujo interno en turbomáquinas, también es necesario seguir investigando cómo encontrar un modelo de turbulencia más adecuado y preciso.
La idea de la teoría del modelo se remonta a hace más de 100 años. Para resolver la tensión de Reynolds y cerrar la ecuación, el método de procesamiento inicial consistía en imitar la expresión relacionada con lo viscoso. tensor de tensión del fluido y tensor de tasa de deformación, y combinan directamente las características de pulsación. La velocidad está relacionada con la velocidad promedio en el campo de juego. A finales del siglo XIX, Boussinesq propuso utilizar el método del coeficiente de viscosidad de remolino para simular el flujo turbulento. La tensión de Reynolds y el campo de flujo promedio se conectaron a través de la viscosidad de remolino. El valor del coeficiente de viscosidad de remolino se determinó experimentalmente. Antes de la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron una serie de teorías denominadas semiempíricas, incluida la ampliamente utilizada teoría de la longitud de mezcla de Prandtl, la teoría de la transferencia de vórtices de G.I Taylor y la teoría de la similitud de Karman. Sus ideas básicas se basan en el supuesto del modelo de tensión de Reynolds, de modo que las ecuaciones medias de movimiento de Reynolds pueden cerrarse. En 1940, el profesor Zhou Peiyuan, un experto en mecánica de fluidos de mi país, introdujo por primera vez en el mundo la ecuación diferencial de transporte de tensiones de Reynolds para flujo turbulento general. En 1951, el trabajo del Sr. Zhou Peiyuan se desarrolló aún más en Rotta, Oeste. Alemania, y se propuso un modelo completo de estrés de Reynolds. Su trabajo ahora se considera el primer trabajo fundacional de la teoría moderna del modelo de turbulencia, que se basa principalmente en el modelo cerrado de segundo orden. Sin embargo, debido al atraso de las computadoras en ese momento, no fue posible resolver el sistema de ecuaciones. A finales de la década de 1970, debido al rápido desarrollo de la tecnología informática, las teorías de Zhou Peiyuan y otros recuperaron vitalidad y la investigación sobre modelos de turbulencia se desarrolló rápidamente. Sin embargo, la serie establecida de modelos de dos ecuaciones y modelos de momento de segundo orden ha podido simular con gran éxito flujos de capa límite y de capa de corte, para flujos industriales complejos, como flujo de gran curvatura, flujo giratorio, movimiento en cascada de turbinas y palas estacionarias. El impacto de estos factores en la turbulencia, como la interferencia mutua, aún no está claro. Estos flujos complejos también constituyen la investigación sobre modelos avanzados de turbulencia en los campos académicos y de aplicación después de entrar en el siglo XXI.
Los modelos de turbulencia se pueden dividir en modelos de ecuación cero, modelos de una ecuación, modelos de dos ecuaciones y modelos multiecuaciones según el número de ecuaciones diferenciales. La ecuación diferencial mencionada aquí significa que, además de la ecuación N-S promediada en el tiempo, se deben agregar otras ecuaciones para cerrar la ecuación. A medida que se agreguen muchas ecuaciones, el modelo se llamará tantos modelos. A continuación se presenta el estado de la investigación y el progreso de varios modelos de turbulencia