fluent:关于湍流模型和湍流方程

发布时间 2023-08-02 17:08:30作者: sprspr

水平有限理解较为浅显,以后会进行改进。

湍流数值模拟

湍流数值模拟方法主要有三种:

  1. 直接模拟(DNS):不需要对湍流流动建立模型,采用数值计算直接求解流动的控制方程,需要大的计算机内存和大量时间;
  2. 大涡模拟(LES):大尺度直接数值求解,小尺度建立模型;
  3. 雷诺时均模拟(RANS):不计算各种尺度的湍流脉动,只计算平均运动,工程中广泛应用。

湍流方程

湍流方程中,速度和密度都可以表示平均值+脉动量,将这个带入基本方程就可以得到质量方程、动量方程。在动量方程中会多一个雷诺应力,此时动量方程叫雷诺方程。雷诺应力=湍流粘性系数乘以速度梯度,根据对粘性项的不同处理方式,可以将湍流模型分为零方程、一方程、二方程及两流体模型。这几个模型是基于一阶封闭模型(假设雷诺应力正比于时均应变率),此外还有二阶封闭模型:雷诺应力模型、代数应力模型。

模型区别

一方程

S-A模型:低雷诺数计算,特别是需要准确计算边界层黏性影响

二方程

  1. k-e:计算旋流误差大
  2. RNG-k-e:旋流
  3. Realizable-k-e:添加了湍流粘度公式,更精确的模拟平面/圆形射流的扩散速度,旋流、分离流计算也不错
  4. k-w:考虑了低雷诺数、剪切流、可压缩流动的影响
  5. SST-k-w:综合k-e和k-w优点,两个模型乘以一个混合函数再相加得到这个模型,混合函数=1,在近壁面区等价于k-w,混合函数=0,自动转换为远壁面k-e模型

三方程/四方程

转捩模型:用于模拟层流向湍流的转捩过程。

七方程

雷诺应力模型(RSM):雷诺应力明显具有各向异性