fluent各種湍流方程介紹

1、FLUENT 供的各類湍流模型介紹以及適用范圍（轉(zhuǎn)）相關(guān)搜索：FLUENT 湍流，模型本帖最后由tony于2010-11-521:06編輯轉(zhuǎn)自：http:/ 模型對于解決動力漩渦粘性，Spalart-Allmaras 模型是相對簡單的方程。它包含了一組新的方程，在這些方程里不必要去計(jì)算和剪應(yīng)力層厚度相關(guān)的長度尺度。Spalart-Allmaras 模型是設(shè)計(jì)用于航空領(lǐng)域的，主要是墻壁束縛流動，而且已經(jīng)顯示出和好的效果。在透平機(jī)械中的應(yīng)用也愈加廣泛。在原始形式中 Spalart-Allmaras 模型對于低雷諾數(shù)模型是十分有效的，要求邊界層中粘性影響的區(qū)域被適當(dāng)?shù)慕鉀Q。在 FLUENT 中，Sp

2、alart-Allmaras 模型用在網(wǎng)格劃分的不是很好時。這將是最好的選擇，當(dāng)精確的計(jì)算在湍流中并不是十分需要時。再有，在模型中近壁的變量梯度比在 k-e 模型和 k-3 模型中的要小的多。這也許可以使模型對于數(shù)值的誤差變得不敏感。想知道數(shù)值誤差的具體情況請看5.1.2。需要注意的是 Spalart-Allmaras 模型是一種新出現(xiàn)的模型，現(xiàn)在不能斷定它適用于所有的復(fù)雜的工程流體。例如，不能依靠它去預(yù)測均勻衰退，各向同性湍流。還有要注意的是，單方程的模型經(jīng)常因?yàn)閷﹂L度的不敏感而受到批評，例如當(dāng)流動墻壁束縛變?yōu)樽杂杉羟辛?。?biāo)準(zhǔn) k-e 模型最簡單的完整湍流模型是兩個方程的模型，要解兩個變量，

3、速度和長度尺度。在 FLUENT 中，標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型自從被 LaunderandSpalding提出之后，就變成工程流場計(jì)算中主要的工具了。適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)，有合理的精度，這就是為什么它在工業(yè)流場和熱交換模擬中有如此廣泛的應(yīng)用了。它是個半經(jīng)驗(yàn)的公式，是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中總結(jié)出來的。由于人們已經(jīng)知道了 k-e 模型適用的范圍，因此人們又 t 它加以改造，出現(xiàn)了 RNGk-e 模型和帶旋流修正 k-e 模型。k-e 模型中的 K 和e物理意義：k 是紊流脈動動能（J）,e 是紊流脈動動能的耗散率（）;k 越大表明湍流脈動長度和時間尺度越大，e 越大意味著湍流脈動長度和時間尺度越小，它們是兩個量制約著

4、湍流脈動。RNGk-e 模型RNGk-e 模型來源于嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)技術(shù)。它和標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型很相似，但是有以下改進(jìn)：?RNG 模型在 e 方程中加了一個條件，有效的改善了精度。活慮到了湍流漩渦，提高了在這方面的精度。?RNG 理論為湍流 Prandtl 數(shù)提供了一個解析公式，然而標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型使用的是用戶提供的常數(shù)。燃而標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型是一種高雷 iS 數(shù)的模型，RNG 理論提供了一個考慮低雷諾數(shù)流動粘性的解析公式。這些公式的效用依靠正確的對待近壁區(qū)域這些特點(diǎn)使得 RNGk-e 模型比標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型在更廣泛的流動中有更高的可信度和精度。帶旋流修正的 k-e 模型帶旋流修正的 k-e 模

5、型是近期才出現(xiàn)的，比起標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型來有兩個主要的不同點(diǎn)。滯旋流修正的 k-e 模型為湍流粘性增加了一個公式。物耗散率增加了新的傳輸方程，這個方程來源于一個為層流速度波動而作的精確方程。術(shù)語“realizable 意味著模型要確保在雷諾壓力中要有數(shù)學(xué)約束，湍流的連續(xù)性。帶旋流修正的 k-e 模型直接的好處是對于平板和圓柱射流的發(fā)散比率的更精確的預(yù)測。而且它對于旋轉(zhuǎn)流動、強(qiáng)逆壓梯度的邊界層流動、流動分離和二次流有很好的表現(xiàn)。帶旋流修正的 k-e模型和 RNGk-e 模型都顯現(xiàn)出比標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型在強(qiáng)流線彎曲、漩渦和旋轉(zhuǎn)有更好的表現(xiàn)。由于帶旋流修正的 k-e 模型是新出現(xiàn)的模型，所以現(xiàn)在還沒

6、有確鑿的證據(jù)表明它比 RNGk-e 模型有更好的表現(xiàn)。但是最初的研究表明帶旋流修正的 k-e 模型在所有 k-e 模型中流動分離和復(fù)雜二次流有很好的作用。帶旋流修正的 k-e 模型的一個不足是在主要計(jì)算旋轉(zhuǎn)和靜態(tài)流動區(qū)域時不能提供自然的湍流粘度。這是因?yàn)閹餍拚?k-e 模型在定義湍流粘度時考慮了平均旋度的影響。這種額外的旋轉(zhuǎn)影響已經(jīng)在單一旋轉(zhuǎn)參考系中得到證實(shí)，而且表現(xiàn)要好于標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型。由于這些修改，把它應(yīng)用于多重參考系統(tǒng)中需要注意。標(biāo)準(zhǔn) k-3 模型標(biāo)準(zhǔn) k-3 模型是基于 Wilcoxk-3 模型，它是為考慮低雷諾數(shù)、可壓縮性和剪切流傳播而修改的。Wilcoxk-3 模型預(yù)測了

7、自由剪切流傳播速率，像尾流、混合流動、平板繞流、圓柱繞流和放射狀噴射，因而可以應(yīng)用于墻壁束縛流動和自由剪切流動。標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型的一個變形是 SSTk-3 模型，它在 FLUENT 中也是可用的，將在 10.2.9 中介紹它。剪切應(yīng)力傳輸（SST）k-3 模型SSTk-3 模型由 Menter 發(fā)展，以便使得在廣泛的領(lǐng)域中可以獨(dú)立于 k-e 模型，使得在近壁自由流中 k-3 模型有廣泛的應(yīng)用范圍和精度。為了達(dá)到此目的，k-e 模型變成了 k-3 公式。SSTk-3 模型和標(biāo)準(zhǔn) k-3 模型相似，但有以下改進(jìn)：?SSTk-3 模型和 k-e 模型的變形增長于混合功能和雙模型加在一起?；旌瞎δ苁?/p>

8、為近壁區(qū)域設(shè)計(jì)的，這個區(qū)域?qū)?biāo)準(zhǔn) k-3 模型有效，還有自由表面，這對 k-e 模型的變形有效。?SSTk-3 模型合并了來源于 3 方程中的交叉擴(kuò)散。湍流粘度考慮到了湍流剪應(yīng)力的傳波。?莫型常量不同。這些改進(jìn)使得 SSTk-3 模型比標(biāo)準(zhǔn) k-3 模型在在廣泛的流動領(lǐng)域中有更高的精度和可信度。雷諾應(yīng)力模型（RSM）在 FLUENT 中 RSM 是最精細(xì)制作的模型。放棄等方性邊界速度假設(shè)，RSM 使得雷 it 平均 N-S 方程封閉，解決了關(guān)于方程中的雷諾壓力，還有耗散速率。這意味這在二維流動中加入了四個方程，而在三維流動中加入了七個方程。由于 RSM 比單方程和雙方程模型更加嚴(yán)格的考慮了流線

9、型彎曲、漩渦、旋轉(zhuǎn)和張力快速變化，它對于復(fù)雜流動有更高的精度預(yù)測的潛力。但是這種預(yù)測僅僅限于與雷諾壓力有關(guān)的方程。壓力張力和耗散速率被認(rèn)為是使 RSM 模型預(yù)測精度降低的主要因素。RSM 模型并不總是因?yàn)楸群唵文Ｐ秃枚ㄙM(fèi)更多的計(jì)算機(jī)資源。但是要考慮雷諾壓力的各向異性時，必須用 RSM 模型。例如颶風(fēng)流動、燃燒室高速旋轉(zhuǎn)流、管道中二次流。計(jì)算成效：cpu 時間和解決方案從計(jì)算的角度看 Spalart-Allmaras 模型在 FLUENT 中是最經(jīng)濟(jì)的湍流模型，雖然只有一種方程可以解。由于要解額外的方程，標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型比Spalart-Allmaras 模型耗費(fèi)更多的計(jì)算機(jī)資源。帶旋流修正的 k-e 模型比標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型稍微多一點(diǎn)。由于控制方程中額外的功能和非線性，RNGk-e 模型比標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型多消耗 1015%的 CPU 時間。就像 k-e 模型，k-3 模型也是兩個方程的模型，所以計(jì)算時間相同。比較一下 k-e 模型和 k-3 模型，RSM 模型因?yàn)榭紤]了雷諾壓力而需要更多的 CPU 時間。然而高效的程序大大的節(jié)約了 CPU 時間。RSM模型比 k-e 模型和 k-3 模型要多耗費(fèi) 5060%的 CPU 時間，還