FLUENT湍流模型.pdf

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1、ANSYSFLUENT培训教材第五节：湍流模型安世亚太科技（北京）有限公司APeraGlobalCompany©PERAChina湍流模型简介湍流的特征从NS方程到雷诺平均NS模型（RANS）雷诺应力和封闭问题湍动能方程（k）涡粘模型(EVM)雷诺应力模型近壁面处理及网格要求进口边界条件总结:湍流模型指南APeraGlobalCompany©PERAChina湍流的特征湍流本质是非稳态的、三维的、非周期的漩涡运动（脉动）的，湍流会加强混合、传热和剪切时空域的瞬间脉动是随机的（

2、不可预测的），但湍流脉动的统计平均可量化为输运机理所有的湍流中都存在大范围的长度尺度（涡尺度）对初场敏感APeraGlobalCompany©PERAChina湍流结构SmallLargeStructuresStructuresInjectionDissipationofenergyofenergyFluxofenergyLarge-scaleeddiesDissipatingeddiesEnergyCascade(afterRichardson,1922)APeraGlobalCompany

3、©PERAChina如何判断是否为湍流外流wherealongasurfaceL=x,d,d,etc.haroundanobstacleOtherfactorssuchasfree-streamturbulence,surface内流conditions,blowing,suction,andotherdisturbancesetc.maycausetransitiontoturbulenceatlowerReynoldsnumbers自然对流where(Rayleighnumber)(Prand

4、tlnumber)APeraGlobalCompany©PERAChina雷诺数的效果Re<5蠕动流（无分离）尾迹区有一对稳定涡5-153.5×106APeraGlobalCompany©PERAChina模拟湍流的方法直接数值模拟(DNS)–理论上，所有湍流(和层流/转捩)都可以通过求解完全的Navier-Stokes方程进

5、行数值求解–求解整个尺度谱.无模型要求–计算代价过大!对工业流动并不实际大涡模拟(LES)类模型–求解空间平均的N-S方程–直接模拟大的涡,而比网格小的涡通过模型模化–较DNS计算代价小,但是对大多数运用来说，计算资源及计算代价依然较高雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型–求解时均的Navier-Stokes方程–在RANS中模拟湍流的所有长度尺度•多种模型可以选用–对工业流动计算，这是最为广泛采用的方法现在没有一种紊流模型能够可靠的预测出具有充分精度的所有紊流流动APeraG

6、lobalCompany©PERAChina后台阶流瞬时速度分布时间平均的速度分布APeraGlobalCompany©PERAChina横风中的射流FromSuandMungalinDurbinandMedic(2008)横风中的射流左图是抓拍的瞬态羽流图，右图是延时的光滑掉细节（涡）的平均图。APeraGlobalCompany©PERAChina雷诺平均方程和封闭问题时间平均定义为瞬时场拆分为平均量和脉动量之和，如对NS方程进行平均，得到雷诺平均的NS方程(RANS):Reynold

7、sstresstensor,RijAPeraGlobalCompany©PERAChina雷诺应力张量R对称二阶应力;由对动量方程的输运加速度项平均得来ij雷诺应力提供了湍流（随机脉动）输运的平均效应，是高度扩散的RANS方程中的雷诺应力张量代表湍流脉动的混合和平均带来的光顺APeraGlobalCompany©PERAChina封闭问题为了封闭RANS方程组，必须对雷诺应力张量进行模拟–涡粘模型(EVM)–基于Boussinesq假设，即雷诺应力正比于时均速度的应变，比例常数为涡粘系数（

8、湍流粘性）Eddyviscosity–雷诺应力模型(RSM):求解六个雷诺应力项（加上耗散率方程）的偏微分输运方程组APeraGlobalCompany©PERAChina涡粘模型量纲分析表明，如果我们知道必要的几个尺度（如速度尺度、长度尺度），涡粘系数就可以确定出来–例如，给定速度尺度和长度尺度，或速度尺度和时间尺度，涡粘系数就被确定，RANS方程也就封闭了–只有非常简单的流动才能预测出这些尺度（如充分发展的管流或粘度计里的流动对一般问题，我们需要导出偏微分输运方程组来计算涡