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Fluent湍流模型解析与使用方法(下)

书接前文:

1.k-ω湍流模型

1.1标准 kω模型

标准k-ω模型是基于Wilcoxk-ω模型,它是为考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流传播而修改的。Wilcox k-ω模型预测了自由剪切流传播速率,像尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射,因而可以应用于壁面束缚流动和自由剪切流动。

1.2 (SST)k-ω模型

SSTk-ω模型由Menter发展,以便使得在广泛的领域中可以独立于k-e模型,使得在近壁自由流中k-ω模型有广泛的应用范围和精度。为了达到此目的,k-e模型变成了k-ω公式。SST k-ω模型和标准k-ω模型相似,但有以下改进:
·SST k-ω模型和k-e模型的变形增长于混合功能和双模型加在一起。混合功能是为近壁区域设计的,这个区域对标准k-ω模型有效,还有自由表面,这对k-e模型的变形有效。
·SST k-ω模型合并了来源于ω方程中的交叉扩散。
·湍流粘度考虑到了湍流剪应力的传波。
·模型常量不同
这些改进使得SST k-ω模型比标准k-ω模型在在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。
SST模型。它更适合对流减压区的计算。另外它还考虑了正交发散项,从而使方程在近壁面和远壁面都适合。

2.Reynolds Stress Transport模型

-试图直接模拟RANS方程的流动项

-基于6个用于湍流应力的方程

-能够很好的反应流动行为

适用于评价新的现象及复杂的流动(如旋风分离及旋转)

非常消耗计算资源,计算结果对初始条件很敏感,需要高质量的计算网格。 

3.转捩模型
-模型用于模拟流动从层流转变到湍流的过程
-转捩不连续 
-适用于流动从层流转变到湍流的情况 
-该模型对边界条件比较敏感
4.大涡模拟
LES大涡模拟中考虑的是三维的非稳态速度场,这些速度场中的大涡结构被解析并呈现。大涡数值模拟 (Large Eddy Simulation, LES) 用滤波函数将瞬时流动分解为大于过滤尺度的大尺度运动和小于过滤尺度的小尺度脉动,过滤尺度一般选取网格尺度。认为大尺度运动是各向异性的,大尺度运动与平均流相互作用并从中汲取能量,其流动与流动区域的几何形状、边界条件、体积力有关,对其进行直接模拟。认为小尺度脉动是各向同性的,只需在大尺度运动的流动方程中引入亚格子应力,以此来表示小尺度运动的影响,并建立亚格子模型求解亚格子应力。亚格子模型假设小尺度脉动局部平衡,存在局部的各向同性相似性等,因此小尺度的脉动对大尺度的运动的统计作用有极大可能是普适的。

-使用sub-grid-scale模拟计算小涡,而大涡基于几何计算,亚格子模型包括:Smagorinsky-Lilly模型、WALE模型、WMLES模型、WMLES S-Omega模型、Kinetic-Energy Transport模型。

-将大涡与小涡的速度场分开
-应用于气动噪声等对湍流计算精度要求较高的问题
5.分离涡

-分离涡模拟(DES)在近壁面采用LES,在湍流核心区采用RANS

-Delayed DES(DDES)模拟可以阻止模型应力损耗以及网格导致的分离

-Improve DDES与DDES模型一样解决对数区不匹配的问题

-适用于外流空气动力学,气动声学,壁面湍流等。

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作者: ganggouren

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