Fluent湍流模型選取的準(zhǔn)則

Fluent湍流模型選取的準(zhǔn)則湍流模型選取的準(zhǔn)則：流體是否可壓、建立特殊的可行的問題、精度的要求、計(jì)算機(jī)的能力、時(shí)間的限制。為了選擇最好的模型，你需要了解不同條件的適用范圍和限制。FLUENT軟件中提供以下湍流模型：1Spalart-Allmaras模型；2k-e模型；3k-s模型；4雷諾應(yīng)力模型（RSM）；5大渦模擬模型（LES）。Spalart-Allmaras模型應(yīng)用范圍：Spalart-Allmaras模型是設(shè)計(jì)用于航空領(lǐng)域的，主要是墻壁束縛（wall-bounded）流動(dòng)，而且已經(jīng)顯示出很好的效果。在透平機(jī)械中的應(yīng)用也愈加廣泛。在湍流模型中利用Boussinesq逼近，中心問題是怎樣計(jì)算漩渦粘度。這個(gè)模型被Spalart-Allmaras提出，用來解決因湍流動(dòng)粘滯率而修改的數(shù)量方程。模型評(píng)價(jià)：Spalart-Allmaras模型是相對(duì)簡(jiǎn)單的單方程模型，只需求解湍流粘性的輸運(yùn)方程，不需要求解當(dāng)?shù)丶羟袑雍穸鹊拈L(zhǎng)度尺度；由于沒有考慮長(zhǎng)度尺度的變化，這對(duì)一些流動(dòng)尺度變換比較大的流動(dòng)問題不太適合；比如平板射流問題，從有壁面影響流動(dòng)突然變化到自由剪切流，流場(chǎng)尺度變化明顯等問題。Spalart-Allmaras模型中的輸運(yùn)變量在近壁處的梯度要比k-e中的小，這使得該模型對(duì)網(wǎng)格粗糙帶來數(shù)值誤差不太敏感。Spalart-Allmaras模型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(cè)均勻衰退，各向同性湍流。k-e模型標(biāo)準(zhǔn)的k-e模型：最簡(jiǎn)單的完整湍流模型是兩個(gè)方程的模型，要解兩個(gè)變量，速度和長(zhǎng)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(chǎng)計(jì)算中主要的工具了。適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)、合理的精度。它是個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的公式，是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中總結(jié)出來的。湍動(dòng)能輸運(yùn)方程是通過精確的方程推導(dǎo)得到，耗散率方程是通過物理推理，數(shù)學(xué)上模擬相似原型方程得到的。應(yīng)用范圍：該模型假設(shè)流動(dòng)為完全湍流，分子粘性的影響可以忽略，此標(biāo)準(zhǔn)K-e模型只適合完全湍流的流動(dòng)過程模擬。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)：a、RNG模型在e方程中加了一個(gè)條件，有效的改善了精度。b、考慮到了湍流漩渦，提高了在這方面的精度。c、RNG理論為湍流Prandtl數(shù)提供了一個(gè)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)。d、標(biāo)準(zhǔn)k-e模型是一種高雷諾數(shù)的模型，RNG理論提供了一個(gè)考慮低雷諾數(shù)流動(dòng)粘性的解析公式。這些公式的作用取決于正確的對(duì)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(dòng)中有更高的可信度和精度?？蓪?shí)現(xiàn)的k-e模型：可實(shí)現(xiàn)的k-e模型是近期才出現(xiàn)的，比起標(biāo)準(zhǔn)k-e模型來有兩個(gè)主要的不同點(diǎn)：?可實(shí)現(xiàn)的k-e模型為湍流粘性增加了一個(gè)公式。?為耗散率增加了新的傳輸方程，這個(gè)方程來源于一個(gè)為層流速度波動(dòng)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。應(yīng)用范圍：可實(shí)現(xiàn)的k-e模型直接的好處是對(duì)于平板和圓柱射流的發(fā)散比率的更精確的預(yù)測(cè)。而且它對(duì)于旋轉(zhuǎn)流動(dòng)、強(qiáng)逆壓梯度的邊界層流動(dòng)、流動(dòng)分離和二次流有很好的表現(xiàn)?？蓪?shí)現(xiàn)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可實(shí)現(xiàn)的k-e模型在所有k-e模型中流動(dòng)分離和復(fù)雜二次流有很好的作用。該模型適合的流動(dòng)類型比較廣泛，包括有旋均勻剪切流，自由流（射流和混合層），腔道流動(dòng)和邊界層流動(dòng)。對(duì)以上流動(dòng)過程模擬結(jié)果都比標(biāo)準(zhǔn)k-e模型的結(jié)果好，特別是可再現(xiàn)k-e模型對(duì)圓口射流和平板射流模擬中，能給出較好的射流擴(kuò)張。模型評(píng)價(jià)：可實(shí)現(xiàn)的k-e模型的一個(gè)不足是在主要計(jì)算旋轉(zhuǎn)和靜態(tài)流動(dòng)區(qū)域時(shí)不能提供自然的湍流粘度，這是因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)的k-e模型在定義湍流粘度時(shí)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。k-s模型標(biāo)準(zhǔn)的k-s模型：標(biāo)準(zhǔn)的k-s模型是基于Wilcoxk-s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。標(biāo)準(zhǔn)的k-e模型的一個(gè)變形就是SSTk-s模型，它在FLUENT中也是可用的應(yīng)用范圍：Wilcoxk-s模型預(yù)測(cè)了自由剪切流傳播速率，像尾流、混合流動(dòng)、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(dòng)和自由剪切流動(dòng)。SSTk-s模型：SSTk-s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-s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-s公式。SSTk-s模型和標(biāo)準(zhǔn)的k-s模型相似，但有以下改進(jìn)：?SSTk-s模型和k-e模型的變形增長(zhǎng)于混合功能和雙模型加在一起?；旌瞎δ苁菫榻趨^(qū)域設(shè)計(jì)的，這個(gè)區(qū)域?qū)?biāo)準(zhǔn)的k-s模型有效，還有自由表面，這對(duì)k-e模型的變形有效。?SSTk-s模型合并了來源于s方程中的交叉擴(kuò)散。?湍流粘度考慮到了湍流剪應(yīng)力的傳播。?模型常量不同。這些改進(jìn)使得SSTk-s模型比標(biāo)準(zhǔn)k-s模型在廣泛的