湍流模式理論的研究現(xiàn)狀

1、湍流模式理論的研究現(xiàn)狀摘 要對湍流模式理論進(jìn)行了概述，論述了目前的湍流模式理論并提出研究方向，并對fluent軟件中提供的湍流模型進(jìn)行了比較。關(guān)鍵詞湍流；模式；fluent軟件中圖分類號：tb126文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1009-914x (2016) 03-0093-011刖5為了分析湍流，科學(xué)家在湍流運(yùn)動的隨機(jī)性研究中釆用統(tǒng)計(jì)力學(xué)或統(tǒng) 計(jì)平均方法。研究湍流的手段也使用了理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)等。湍 流數(shù)值計(jì)算實(shí)質(zhì)上是求湍流基木方程的數(shù)值解。60年代以前，積分方法和 常微分方程方法成為工程技術(shù)部門的常規(guī)算法。60年代中期以后，由于高 速電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，偏微分方程方法獲得了迅速發(fā)展。70

2、年代以來，由 于笫四代巨型高速計(jì)算機(jī)的使用，湍流數(shù)值計(jì)算向大規(guī)模的數(shù)值模擬的更 高階段發(fā)展。2湍流理論的發(fā)展湍流是對空間不規(guī)則和對時(shí)間無秩序的一種非線性、多尺度的流體運(yùn) 動，這種運(yùn)動與不規(guī)則的流動邊界一起產(chǎn)生了非常復(fù)雜的流動狀態(tài)。在宏 觀尺度上流體微團(tuán)做不規(guī)則隨機(jī)脈動的流體運(yùn)動。也稱紊流。更確切地說, 高雷諾數(shù)下的流體運(yùn)動通常都是湍流。湍流的基本特征是流體微團(tuán)運(yùn)動的 隨機(jī)性，各局部流動量如速度、壓強(qiáng)、溫度、濃度等的瞬時(shí)值均可表示為 某平均值與一個在時(shí)間和空間上都做急劇隨機(jī)變化的脈動值之和，其脈動 部分的平均值等于零。湍流在某些情況下對人類有利。例如它可強(qiáng)化傳熱 與化學(xué)反應(yīng)過程，而在另一些情況下

3、又對人類不利，例如它可使摩擦阻力 和能量損耗劇增。對于工程中出現(xiàn)的湍流問題，其求解方法可歸納為四種：理論分析、 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬。四種方法相互補(bǔ)充，以風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場 測試為主，理論分析和數(shù)值模擬為輔。數(shù)值模擬又稱數(shù)值風(fēng)洞，是目前數(shù) 值計(jì)算領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，它是數(shù)值計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)軟硬件發(fā)展的結(jié)果。3湍流模式理論流模式理論或簡稱湍流模型，就是以雷諾平均運(yùn)動方程與脈動運(yùn)動方 程為基礎(chǔ)，依靠理論與經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合，引進(jìn)一系列模型假設(shè)，而建立起的一 組描寫湍流平均量的封閉方程組。雖然n-s方程能夠準(zhǔn)確地描述湍流運(yùn)動 地細(xì)節(jié)，但求解這樣一個復(fù)雜的方程會花費(fèi)大量的精力和時(shí)間。目前雖然 許多湍流模型已經(jīng)

4、取得了某些預(yù)報(bào)能力，但至今還沒有得到一個有效的統(tǒng) 一的湍流模型。同樣，在葉輪機(jī)械內(nèi)流研究中，如何找到一種更合適更準(zhǔn) 確的湍流模型也有待于進(jìn)一步研究。4 fluent軟件中的湍流模型大多數(shù)工程屮的流體力學(xué)問題都應(yīng)當(dāng)用湍流理論進(jìn)行處理。國內(nèi)外都 在研究如何用湍流理論解決工程中的湍流問題。工程上最常用的還是采用 各種湍流模型。尤其是近代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和流體力學(xué)的發(fā)展，各種應(yīng) 用軟件應(yīng)運(yùn)而生.fluent作為其中一種已被成功地用來解決一些工程湍流 問題。fluent的軟件設(shè)計(jì)基于cfd計(jì)算機(jī)軟件群的概念，針對每一種流動 的物理問題的特點(diǎn)，采用適合于它的數(shù)值解法在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度 等各方面達(dá)到最佳

5、。fluent軟件屮提供以下湍流模型：5結(jié)語丁程上最常用的還是采用各種湍流模型。盡管如此，我們應(yīng)該看到， 由于湍流是一種晉遍的物理現(xiàn)象，同時(shí)又具有極端復(fù)雜的流動特征，也是 至今未能解決的世界性難題，長期以來人們試圖利用各種工具對其進(jìn)行研 究，作為研究湍流的一種新的冇效的方法，湍流模式已經(jīng)在湍流研究屮取 得了一些令人鼓舞的成果，并且蘊(yùn)藏著的巨人潛力，我們有理由相信，隨 著人們在這一領(lǐng)域的不懈探索和實(shí)踐，湍流理論及湍流模式將具有更加光 明的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 davici c wilcox turhulenc： e modeling for cfd. 19932 符松湍流模式一一研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué) 報(bào).1994, 23 haworth d c, ngo t.incernational jourrml of engineering sciences 1988, 264 yakhot v. 0rszag s a.journal ol science compute, 1986 (1)5 宋一鳴，宋金榮，龔明，曹彬，楊燕紅，馬曉迅.