不同湍流模型在波浪水槽数值模拟中的应用与比较

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1、第32卷第6期海洋通报V01．32．No．62013年12月MARINESCIENCEBULLETINDec．2013Doi：10．11s4~．issn．1001—6392．2013．06．012不同湍流模型在波浪水槽数值模拟中的应用与比较路宽，齐连明，王鑫，韩林生，王花梅(国家海洋技术中心，天津300112)摘要：为了研究不同湍流模型在建立数值水槽中的适用性，选用计算流体力学软件，采用s—A、标准的k-e及RNGk-s等8种不同的湍流模型对水槽中的波浪进行了数值模拟，通过对比得到：RNGk—e模型不仅具有较高的精度，而且又节省计算资源，较其它模型更具优势。关键

2、词：湍流模型；数值波浪水槽；数值模拟中图分类号：TV139．2文献标识码：A文章编号：1001—6932(2013)06—0695—05Applicationandcomparisonofdiferentturbulencemodelsinthesimulati0n0fnumericalwaveflumeLUKuan，QILian-ming，WANGXin，HANLin-sheng，WANGHua—mei(NationalOceanTechnologyCenter，Tianjin300112，China)Abstract：Inordertoevaluatethe

3、applicabilityofturbulencemodelsinbuildingnumericalwaveflume，computationalfluiddynamic(CFD)softwarewasusedtosimulatethewavebyeightdifferentturbulentmodelsinclude：S-A，Standardk-8andRNGk-smodelandSOon．ComparisonofthecomputedresultsshowedthattheRNGk一￡modelnotonlyhadhighprecisionbutalsosa

4、vedthecomputingresources．SOithadmoreadvantagesthantheothermodels．Keywor~：turbulencemodel；numericalwaveflume；numericalsimulation目前ReynoldsNavier—Stokes时均方程结合合模拟方法与非直接数值模拟方法(王福军，2004)。适的湍流模型是最为成熟的求解波场的基本方程，所谓直接数值模拟就是直接求解瞬时湍流控制方此方法被广泛应用于模拟数值波浪水槽的工作中程，而非直接数值模拟方法就是不直接计算湍流的(Takumietal，1991

5、)。由于雷诺平均方程法并不封脉动特征，而是设法对湍流做某种程度的近似和简闭，因此必须引入新的湍流模型才能求解，目前湍化处理。依赖所采用的近似和简化方法不同，非直流模型众多，但没有适应于一切波浪数值水槽通用接数值模拟方法分为大涡模型、统计分析法和雷诺的湍流模型，因此需针对不同的问题，选取不同的平均法。雷诺平均法是近年来使用最多的模拟方湍流模型才能解决具体问题。法，在时均的雷诺方程中引入不同的雷诺应力模型和湍流模型，湍流模型又包括零方程模型、一方程1常见湍流模型的比较模型、二方程模型等，其中标准k一￡模型与改进的RNGk-s模型等二方程模型使用最为广泛，下目前对湍流

6、的数值模拟方法可以分为直接数值图为常用的湍流模型。收稿13期：2013—01—21；修订日期：2013—05—15基金项目：国家海洋局青年海洋科学基金(2012236)。作者简介：路宽(1982一)，男，博士，工程师，主要从事海洋仪器设备模型试验研究。电子邮箱：lukuan0322@163_c0m。696海洋通报32卷图1湍流模型从计算成本来看，一方程模型每次迭代消耗的资源最小，然后是依次是二、三、四方程模型，最其中，C：为计算效率指标，n为迭代步数，h为计后是雷诺应力方程，这是由于每次迭代计算的方程算时间。数越多，成本自然就越高，因此在计算结果差不多的情况下，

7、应尽量选取成本较低的模型，特别是在迭代次数非常多的情况下，节省的成本非常的2波浪数值水槽算例可观。应用不同的湍流模型对相关实例进行计算，用一方程模型二方程模型三方程模型四方程模型雷诺应力Spalart-Standardk一￡k—k1一‘1)SST模型方程来选取最合适的模型，模型的选择应综合考虑计算AllmarasRNGk一￡精度与计算效率。算例中水槽长100m，高2m，Realizablek—ek一‘I)工作水深1In，左边布置造波机。●’■’采用ANSYSFLUENT的Workbench下的Design每次迭代的成本递增Modeler进行建模，并采用其Mesh

8、组件进行网格划分如下：湍