《fluent湍流模型》PPT课件

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1、湍流模型IntroductoryFLUENTTraining湍流是什么?非定常，无规律(无周期)运动，输运量(质量,动量,组分)在时间和空间中波动湍流漩涡.增强的混合（物质，动量能量，等等）效果流动属性和速度呈现随机变化统计平均结果湍流模型包括一个大范围的湍流漩涡尺寸(比例频谱).大涡的尺寸和速率与平均流动在一个量级大涡流动从平均流动中得到能量能量从大涡向小涡转移在最小尺度的涡中，湍流能量随着粘性耗散转移为内能流动是否为湍流外部流动内部流动自然对流沿着表面沿着障碍物wherewhere其它因素比如自由流动湍流,，表面条件，扰动等，在低雷诺数下可能导致转变为紊流istheRayl

2、eighnumberisthePrandtlnumber湍流结构EnergyCascadeRichardson(1922)SmallstructuresLargestructures计算方法总览雷诺德平均NS模型(RANS)解总体均值（或者时间均值）纳维－斯托克斯方程在RANS方法中，所有湍流尺度都进行模拟在工业流动计算中使用得最为广泛大涡模拟(LES)解算空间平均N-S方程，大涡直接求解,比网格尺度小的涡通过模型得到计算消耗小于DNS，但是对于大多数的实际应用来说占用计算资源还是太大了直接数值模拟(DNS)理论上来说，所有的紊流流动能够由数值解出所有的N-S方程来模拟解出尺寸

3、频谱，不需要任何模型花费太高!对工程流动不实用，目前DNS在Fluent中不可用。现在没有一种简单而实用的湍流模型能够可靠的预测出具有充分精度的所有湍流流动在FLUENT中可用的湍流模型基于RANS的模型1－方程模型Spalart-Allmaras2－方程模型标准k–εRNGk–εrealizablek–ε标准k–ωSSTk–ω雷诺德应力模型分离涡模拟大涡模拟增加每个计算迭代步消耗RANS模拟–时间平均将N－S方程中的瞬时变量分解成平均量和脉动量:Reynolds-averaged动量方程如下Reynolds应力是由附加的平均过程引起的，因此为了封闭控制方程组，必须对Reyno

4、lds应力建模波动项时均项Example:完全发展湍流管流速度分布瞬时项(Reynolds应力张量)方程封闭RANS模型能够用下列方法封闭(1)涡粘模型(通过Boussinesq假设)Boussinesq假设–Reynolds应力通过使用涡流粘性（湍流粘性）μT模拟，对简单湍流剪切流来说假设是合理的，例如边界层、圆形射流、混合层、管流等等。（S-A，k–ε）(2)雷诺德应力模型(通过雷诺应力输运方程)RSM对复杂的3D湍流流动更有效，但是模型更加复杂，计算强度更大，比涡粘模型更难收敛基于量纲分析，μT能够由湍流时间尺度(或速度尺度)和空间尺度来决定湍流动能[L2/T2]湍流耗散

5、率[L2/T3]比耗散率[1/T]每种湍流模型用不同的方法计算μTSpalart-Allmaras解模拟湍流粘性的输运方程标准k–ε,RNGk–ε,Realizablek–ε解关于k和ε的输运方程.标准k–ω,SSTk–ω解关于k和ω的输运方程.计算湍流粘性Spalart-Allmaras模型Spalart-Allmaras是一种低耗的求解关于改进的涡粘输运方程的RANS模型主要用于空气动力学/涡轮机，比如机翼上的超音速/跨音速流动,边界层流动等等对于有壁面边界空气动力学流动应用较好在有逆压梯度的情况下给出了较好的结果在涡轮机应用中很广泛相对较新的模型还没有应用于各种复杂的工程

6、流动对流动尺度变换较大的流动不太合适（平板射流，自由剪切流）k–ε湍流模型标准k–ε(SKE)模型在工程应用中使用最为广泛的湍流模型稳定而且相对精确包括可压缩性、浮力、燃烧等子模型局限性ε方程包括一个不能在壁面上计算的项，因此必须使用壁面函数在流动有强分离、大压力梯度情况下结果不太准确RNGk–ε模型k–ε方程中的常数通过renormalizationgroup定理得到包括以下子模型解决低雷诺数下的differentialviscosity模型由解析方法得到的Prandtl/Schmidt数的代数公式旋流修正对更复杂的剪切流来说比SKE表现更好，比如剪切流、旋涡和分离流k–ε湍

7、流模型Realizablek–ε(RKE)模型realizable意味着这个模型满足在雷诺应力上的特定数学约束,与物理湍流流动一致.法向应力为正关于Reynolds剪切应力的Schwarz’不等式:耗散率更能体现能量在谱空间的传输优点：对平面射流和圆形射流的散布率预测得更加精确.对包括旋转、逆压梯度下的边界层、分离,循环流动提供较好性能三种模型区别：计算湍流粘性方法不同；控制湍流扩散的Pr数不同；耗散项的形式不同k–ω湍流模型k–ω湍流模型得到广泛特点：模型方程不包括在壁面上没有定义的项，例