文档介绍：该【演示文稿湍流模型讲解 】是由【太丑很想放照片】上传分享，文档一共【34】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【演示文稿湍流模型讲解 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。(优选)第五章湍流模型
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湍流是什么?
非定常,无规律(无周期)运动,输运量(质量,动量,组分)在时间和空间中波动
湍流漩涡.
增强的混合(物质,动量能量,等等)效果
流动属性和速度呈现随机变化
统计平均结果
湍流模型
包括一个大范围的湍流漩涡尺寸(比例频谱).
大涡的尺寸和速率与平均流动在一个量级
大涡流动从平均流动中得到能量
能量从大涡向小涡转移
在最小尺度的涡中,湍流能量随着粘性耗散转移为内能
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流动是否为湍流
外部流动
内部流动
自然对流
沿着表面
沿着障碍物
where
where
其它因素比如自由流动湍流,,表面条件,扰动等,在低雷诺数下可能导致转变为紊流
istheRayleighnumber
isthePrandtlnumber
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湍流结构
EnergyCascadeRichardson(1922)
Small
structures
Large
structures
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计算方法总览
雷诺时均N-S模型(RANS)
解总体均值(或者时间均值)纳维-斯托克斯方程
在RANS方法中,所有湍流尺度都进行模拟
在工业流动计算中使用得最为广泛
大涡模拟(LES)
解算空间平均N-S方程,大涡直接求解,比网格尺度小的涡通过模型得到
计算消耗小于DNS,但是对于大多数的实际应用来说占用计算资源还是太大了
直接数值模拟(DNS)
理论上来说,所有的紊流流动能够由数值解出所有的N-S方程来模拟
解出尺寸频谱,不需要任何模型
花费太高!对工程流动不实用,目前DNS在Fluent中不可用。
现在没有一种简单而实用的湍流模型能够可靠的预测出具有充分精度的所有湍流流动
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可用的湍流模型
基于RANS的模型
1-方程模型
Spalart-Allmaras
2-方程模型
标准k–ε
RNGk–ε
realizablek–ε
标准k–ω
SSTk–ω
雷诺德应力模型
分离涡模拟
大涡模拟
增加
每个计算迭代步
消耗
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RANS模拟–时间平均
将N-S方程中的瞬时变量分解成平均量和脉动量:
Reynolds-averaged动量方程如下
Reynolds应力是由附加的平均过程引起的,因此为了封闭控制方程组,必须对Reynolds应力建模
波动项
时均项
Example:完全发展
湍流管流
速度分布
瞬时项
(Reynolds应力张量)
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方程封闭
RANS模型能够用下列方法封闭
(1)涡粘模型(通过Boussinesq假设)
Boussinesq假设–Reynolds应力通过使用涡流粘性(湍流粘性)μT模拟,对简单湍流剪切流来说假设是合理的,例如边界层、圆形射流、混合层、管流等等。(S-A,k–ε)
(2)雷诺应力模型(通过雷诺应力输运方程)
RSM对复杂的3D湍流流动更有效,但是模型更加复杂,计算强度更大,比涡粘模型更难收敛
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基于量纲分析,μT能够由湍流时间尺度(或速度尺度)和空间尺度来决定
湍流动能[L2/T2]
湍流耗散率[L2/T3]
比耗散率[1/T]
每种湍流模型用不同的方法计算μT
Spalart-Allmaras
解模拟湍流粘性的输运方程
标准k–ε,RNGk–ε,Realizablek–ε
解关于k和ε的输运方程.
标准k–ω,SSTk–ω
解关于k和ω的输运方程.
计算湍流粘性
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Spalart-Allmaras模型
Spalart-Allmaras是一种低耗的求解关于改进的涡粘输运方程的RANS模型
主要用于空气动力学/涡轮机,比如机翼上的超音速/跨音速流动,边界层流动等等
对于有壁面边界空气动力学流动应用较好
在有逆压梯度的情况下给出了较好的结果
在涡轮机应用中很广泛
相对较新的模型
还没有应用于各种复杂的工程流动
对流动尺度变换较大的流动不太合适(平板射流,自由剪切流)
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