簡介
直接數值模拟不需要對湍流建立模型，對于流動的控制方程直接采用數值計算求解。由于湍流是多尺度的不規則流動，要獲得所有尺度的流動信息，對于空間和時間分辨率需求很高，因而計算量大、耗時多、對于計算機内存依賴性強。直接數值模拟隻能計算雷諾數較低的簡單湍流運動，例如槽道或圓管湍流，現如今它還難以預測複雜湍流運動。
一個直接數值模拟（DNS）是一個模拟的計算流體力學中的Navier - Stokes方程進行數值求解無任何湍流模型。這意味着整個範圍的空間和時間尺度湍流時，必須同時解決。所有的空間尺度湍流必須在計算網格中解決，從最小的耗散尺度（ Kolmogorov microscales），到最大的積分尺度L，L與大部分包含動能的運動有關。
其他信息
其中Re是湍流雷諾數：
因此，在DNS記憶存儲需求的增長速度非常快與雷諾數。此外，考慮到非常大的内存有必要的，及時的解決方案集成必須由一個明确的方法進行。這意味着，為了準确，一體化必須做一個時間步長，長Δt，足夠小，使得流體質點隻有一步之分數，在每個網格間距小時。
DNS的計算量非常高，即使在低雷諾數。對于雷諾數應用中遇到的大多數工業，以DNS所需的計算資源的能力将超過對現有的最強大的計算機。然而，直接數值模拟是一種在湍流理論研究的有用工具。使用DNS是有可能進行“數值實驗”，并從中提取他們的信息很難或者不可能在實驗室中獲得，允許對湍流物理的了解。
此外，直接數值模拟模型中是非常有用的發展為尺度湍流模型的實際應用，如分格，大渦模拟（LES）和方法模型，解決了雷諾平均NS方程（雷諾平均）。這是通過的“先驗”的測試，其中對模型的輸入數據是從DNS模拟，由“事後”的測試，其中由模型産生的結果與DNS的值作比較或手段。在世界上最大的DNS，截至目前為止，使用網點4096^3個。這是在日本進行的地球模拟器超級計算機在2002年開始運作。
在青年科學基金項目《基于粒子-格子耦合方法的顆粒流體系統直接模拟》（No.21106155）的資助下，研究團隊成功實現了基于粒子－格子耦合方法的顆粒流體系統直接數值模拟算法，利用我們課題組研制的千萬億次超級計算系統Mole-8.5，使用672個GPU進行并行計算，實現了目前全球最大規模氣固系統直接數值模拟（二維包含1,166,400個顆粒和三維包含129,024個顆粒的氣固兩相流直接數值模拟）。首次到達尺度無關規模的直接模拟結果, 在傳統計算網格上得到了真正有意義的直接模拟統計結果, 探索了介尺度結構對顆粒統計屬性、氣固相間作用力以及傳遞特性的影響。
