kε湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[1]

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1、万方数据带热靛工程《工业加热》第36卷2007年第4期肛￡湍流模型及其在FLUENT软件中的应用熊莉芳，林源，李世武(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：由于流体湍流运动机理和规律的复杂性，目前尚未找到对各种流动情况都十分有效的模型。不过，工程上应用最广泛的是缸s两方程模型。应用缸8两方程模型通过对某管道湍流稳态的模拟并与理论分析比较，以及对某空气管道非稳态的流固耦合问题进行数值模拟，结果证明缸s湍流模型对于内部的稳态或非稳态的充分发展湍流都很适用，再结合在壁面附近区域采用有效的壁面函数法，可以得到令人满意的结果。关键词：湍流

2、；湍流模型；数值模拟；FLUENT；管道中图分类号：TKl23文献标识码：A文章编号：1002-1639(2007)04—0013—03k-eTurbulentModelanditsApplicationtotheFLUENTXIONGLi-fang，LINYuan，LIShi—wu(CollegeofDynamic&Energy,NorthwestUniversityofPolytechnic，Xi‘an710072，China)Abstract：NoturbulencemodeliScurrentlyavailablethatlSvalidf

3、oralltypesofflowsduetothecomplexityofthemechanicsofthefluidtur—bulentflow．Butk-etwo-equationmodelisappliedmostwidelyinengineering．Thisarticlemainlysimulatesthesteadyturbulentflowofthewaterpipelineandcomparestheresultstotheory,andalsotheunsteadyflowoftheairpipelinebothbyuseofk

4、——emodel；wecanconcludet11atk-emodeliSveryeffectiveforinteriorflowwhenturbulentflowiSfullydeveloped．Moreover，satisfyingresultscanbeobtainedbvad．optingtheappropriatewallfunctionmethodnearthewallregion．Keywords：turbulentflow；turbulentmodel；numericalsimulation；FLUENT；pipeline湍流是空

5、间中不规则和时间上无秩序的一种高度复杂的非线性的流体运动。在湍流中流体的各个物理参数，如压力、温度、速度等都随时间与空问发生随机变化。这种湍流运动也是工程技术领域中最常见的流动现象，流体作湍流运动时的对流换热也是工程传热过程中的最常见的热交换方式。由于湍流本身的复杂性，直到现在仍有些基本问题尚未解决[1]。目前关于湍流的数值模拟方法主要有直接模拟、大涡模拟(LES)以及应用Reynolds时均方程(Reynolds—averagingequations)的模拟方法。其中Reynolds时均方程法是现在工程湍流计算中所采用的基本方法。在此法中，由于

6、湍流脉动造成方程不封闭，因此，必须做出假设，也即建立湍流模型。所谓湍流模型[2](又称为封闭模型)就是依据湍流的理论知识、实验数据，对Reynolds应力做出各种假设，从而使湍流的平均Reynolds方程封闭。本文将重点阐述使用最广泛的k-8湍流模型并且结合两个实际例子说明其在FLU-ENT中的应用。1k-e湍流模型肛模型是由w．P．Jones和B．K．Launder于1972年提出的两方程湍流模型，是从实验现象中总结出来的一个半经验公式。该模型的最初发展是为了改善混合长收稿日期：2007-01-12；修回日期：2007-04-16作者简介：熊莉

7、芳(1982．)，女，西北工业大学动力与能源学院在读硕士，主要做传热学数值模拟的研究工作．度模型和避免复杂流动中的湍流长度尺寸的代数表示。它主要是通过求解两个附加方程，后方程和s方程(其中七方程是表示湍流脉动动能方程，s方程是湍流耗散方程)来确定湍流粘性系数，进而求解湍流应力的。k，s采用模型来求解湍流对流换热问题时，控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程和k，8方程以及粘性系数方程。下面给出k，s与粘性系数方程[3]。p鲁+puj蔷=击№+等)茜h鼍(等+p百+瓦2瓦"+戋J百p焉I面+鲁卜番+∥丧=刹卜剖割+争器瞎+a∽＼s2菇J吖2吁q

8、t=唧j9尼专f_(cp，cD)户后2—≥=c炉忌2／eCIt2唧'CDC}12c¨'Co方程引入了三个系数c1，C2，c。和三个常数O