湍流模型 选择

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1、解决湍流的模型总计就是那几个方程，Fluent又从工程和数值的角度进行了整理，下面就是这些湍流模型的详细说明。FLUENT提供了以下湍流模型：·Spalart-Allmaras模型·k-e模型－标准k-e模型－Renormalization-group(RNG)k-e模型－带旋流修正k-e模型·k-ω模型－标准k-ω模型－压力修正k-ω模型雷诺兹压力模型大漩涡模拟模型几个湍流模型的比较：从计算的角度看Spalart-Allmaras模型在FLUENT中是最经济的湍流模型，虽然只有一种方程可以解。由于要解额外的方程，标准k-e模

2、型比Spalart-Allmaras模型耗费更多的计算机资源。带旋流修正的k-e模型比标准k-e模型稍微多一点。由于控制方程中额外的功能和非线性，RNGk-e模型比标准k-e模型多消耗10～15%的CPU时间。就像k-e模型，k-ω模型也是两个方程的模型，所以计算时间相同。比较一下k-e模型和k-ω模型，RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU时间。然而高效的程序大大的节约了CPU时间。RSM模型比k-e模型和k-ω模型要多耗费50～60%的CPU时间，还有15～20%的内存。除了时间，湍流模型的选择也影响FLUENT的

3、计算。比如标准k-e模型是专为轻微的扩散设计的，然而RNGk-e模型是为高张力引起的湍流粘度降低而设计的。这就是RNG模型的缺点。同样的，RSM模型需要比k-e模型和k-ω模型更多的时间因为它要联合雷诺压力和层流。概念：1.雷诺平均：在雷诺平均中，在瞬态N-S方程中要求的变量已经分解位时均常量和变量。相似的，像压力和其它的标量这里表示一个标量如压力，动能，或粒子浓度。2.Boussinesq逼近从雷诺压力转化模型：利用Boussinesq假设把雷诺压力和平均速度梯度联系起来：Boussinesq假设使用在Spalart-All

4、maras模型、k-e模型和k-ω模型中。这种逼近方法好处是对计算机的要求不高。在Spalart-Allmaras模型中只有一个额外的方程要解。k-e模型和k-ω模型中又两个方程要解。Boussinesq假设的不足之处是假设ut是个等方性标量，这是不严格的。1.Spalart-Allmaras模型（1equ）：方程是：这里Gv是湍流粘度生成的，Yv是被湍流粘度消去，发生在近壁区域。S~是用户定义的。注意到湍流动能在Spalart-Allmaras没有被计算，但估计雷诺压力时没有被考虑。特点：1）.Spalart-Allmara

5、s模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动，而且已经显示出和好的效果。2）。在原始形式中Spalart-Allmaras模型对于低雷诺数模型是十分有效的，要求边界层中粘性影响的区域被适当的解决。3）。不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。还有要注意的是,单方程的模型经常因为对长度的不敏感而受到批评，例如当流动墙壁束缚变为自由剪切流。2.标准k-e模型（2equ）：标准k-e模型的方程湍流动能方程k，和扩散方程e：方程中Gk表示由层流速度梯度而产生的湍流动能，计算方法在10.4.4中有介绍。Gb是由浮力产生的湍流动能，10

6、.4.5中有介绍，YM由于在可压缩湍流中，过渡的扩散产生的波动，10.4.6中有介绍，C1，C2，C3，是常量，σk和σe是k方程和e方程的湍流Prandtl数，Sk和Se是用户定义的。特点：标准k-e模型自从被LaunderandSpalding提出之后，就变成工程流场计算中主要的工具了。适用范围广、经济、合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换模拟中有如此广泛的应用了。它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。1.RNGk-e模型（2equ）：RNGk-e模型的方程Gk是由层流速度梯度而产生的湍流动能，10.4.4

7、介绍了计算方法，Gb是由浮力而产生的湍流动能，10.4.5介绍了计算方法，YM由于在可压缩湍流中，过渡的扩散产生的波动，10.4.6中有介绍，C1，C2，C3，是常量，ak和ae是k方程和e方程的湍流Prandtl数，Sk和Se是用户定义的。RNG和标准k-e模型的区别在于：这里特点：RNGk-e模型来源于严格的统计技术。它和标准k-e模型很相似，但是有以下改进：·RNG模型在e方程中加了一个条件，有效的改善了精度。·考虑到了湍流漩涡，提高了在这方面的精度。·RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式，然而标准k-e模

8、型使用的是用户提供的常数。·然而标准k-e模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些公式的效用依靠正确的对待近壁区域这些特点使得RNGk-e模型比标准k-e模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。2.带旋流修正的k-e模型（2equ）