ansys fluent培训教材05湍流模型

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1、ANSYSFLUENT培训教材第五节：湍流模型安世亚太科技（北京）有限公司湍流模型简介湍流的特征从NS方程到雷诺平均NS模型（RANS）雷诺应力和封闭问题湍动能方程（k）涡粘模型(EVM)雷诺应力模型近壁面处理及网格要求进口边界条件总结:湍流模型指南湍流的特征湍流本质是非稳态的、三维的、非周期的漩涡运动（脉动）的，湍流会加强混合、传热和剪切时空域的瞬间脉动是随机的（不可预测的），但湍流脉动的统计平均可量化为输运机理所有的湍流中都存在大范围的长度尺度（涡尺度）对初场敏感湍流结构SmallStructuresLargeStructu

2、resEnergyCascade(afterRichardson,1922)InjectionofenergyDissipationofenergyDissipatingeddiesLarge-scaleeddiesFluxofenergy如何判断是否为湍流外流内流自然对流alongasurfacearoundanobstaclewherewhereOtherfactorssuchasfree-streamturbulence,surfaceconditions,blowing,suction,andotherdisturb

3、ancesetc.maycausetransitiontoturbulenceatlowerReynoldsnumbers(Rayleighnumber)(Prandtlnumber)雷诺数的效果Re>3.5×1063×105

4、的平均图。横风中的射流FromSuandMungalinDurbinandMedic(2008)时间平均定义为瞬时场拆分为平均量和脉动量之和，如对NS方程进行平均，得到雷诺平均的NS方程(RANS):雷诺平均方程和封闭问题Reynoldsstresstensor,Rij雷诺应力张量Rij对称二阶应力;由对动量方程的输运加速度项平均得来雷诺应力提供了湍流（随机脉动）输运的平均效应，是高度扩散的RANS方程中的雷诺应力张量代表湍流脉动的混合和平均带来的光顺封闭问题为了封闭RANS方程组，必须对雷诺应力张量进行模拟涡粘模型(EVM)

5、–基于Boussinesq假设，即雷诺应力正比于时均速度的应变，比例常数为涡粘系数（湍流粘性）雷诺应力模型(RSM):求解六个雷诺应力项（加上耗散率方程）的偏微分输运方程组Eddyviscosity涡粘模型量纲分析表明，如果我们知道必要的几个尺度（如速度尺度、长度尺度），涡粘系数就可以确定出来例如，给定速度尺度和长度尺度，或速度尺度和时间尺度，涡粘系数就被确定，RANS方程也就封闭了只有非常简单的流动才能预测出这些尺度（如充分发展的管流或粘度计里的流动对一般问题，我们需要导出偏微分输运方程组来计算涡粘系数湍动能k启发了求解涡粘模

6、型的物理机理涡粘模型涡粘系数类似于动量扩散效应中的分子粘性涡粘系数不是流体的属性，是一个湍流的特征量，随着流体流动的位置而改变。涡粘模型是CFD中使用最广泛的湍流模型涡粘模型的局限基于各向同性假设，而实际有许多流动现象是高度各向异性的（大曲率流动，强漩流，冲击流动等）涡粘模型和流体旋转引起的雷诺应力项不相关平均速度的应变张量导出的雷诺应力假设不总是有效的FLUENT中的湍流模型RANSbasedmodels一方程模型Spalart-Allmaras二方程模型Standardk–εRNGk–εRealizablek–εStanda

7、rdk–ωSSTk–ω4-Equationv2f*ReynoldsStressModelk–kl–ωTransitionModelSSTTransitionModelDetachedEddySimulationLargeEddySimulationIncreaseinComputationalCostPerIteration*AseparatelicenseisrequiredSpalart-Allmaras(S-A)模型SA模型求解修正涡粘系数的一个输运方程，计算量小修正后，涡粘系数在近壁面处容易求解主要应用于气动/旋转机械等

8、流动分离很小的领域，如绕过机翼的超音速/跨音速流动，边界层流动等是一个相对新的一方程模型，不需求解和局部剪切层厚度相关的长度尺度为气动领域设计的，包括封闭腔内流动可以很好计算有反向压力梯度的边界层流动在旋转机械方面应用很广局限性不可用于所有类型的复杂工程流动不能