湍流模型分类课件.ppt

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1、湍流模型的分类、Spalart-Allmaras模型Overviews一方程模型假设湍流粘度与脉动的速度尺度和脉动的长度尺度有关，用表征速度尺度，通过湍动能k方程求解，长度尺度l根据经验给出代数表达式。在早期简单的混合长度模型后，有各种其它形式的代数涡粘模型出现，如Baldwin-Lomax模型(1978)，目前广泛应用的是Spalart-Allmaras模型(1992)，对有负压梯度的边界层流动有好的预测结果SpalartAllmaras模型主要用于航空领域外部流场模拟，同时在涡轮机械中得到广泛

2、的应用。但是不适合用于模拟复杂的内部流场。适用范围Spalart-Allmaras模型实际上是一个低雷诺数模型,需要妥善处理其边界层的粘性影响的区域。可是在FLUENT中,当网格划分不是那么理想的时候，Spalart-Allmaras模型将实施使用wall函数。在基于粗网格的粗略模拟中，湍流计算准确度不是关键因素的时候，那Spalart-Allmaras模型是很好的选择。需要注意的是，Spalart-Allmaras模型相对较新，至今还没有就其是否适合所有类型的工程流体给出定论。例如，它不能依赖预

3、测均匀、各向同性湍流的衰变。此外，单方程模型经常因不能迅速适应长度尺寸的变化而受到批评。如必要时可能会突然从有界流动变为自由流动。在基于波斯尼斯克方法的模型中，其中心思想是如何计算涡的粘度Spalart和Allmaras所提出的模型解决了一个关于湍流运动学粘度的改良型输运方程。优点S-A湍流模型在目前工程应用特别是叶轮机计算中得到了广泛的应用。S-A模型相对于两方程模型计算量小、稳定性好，计算网格在壁面的加密程度与零方程模型有同等的量级。另外，由于模型的“当地”型，在有多物面的复杂流场计算中不需要

4、特殊处理。Spalart-Allmaras模型输运方程其中：湍流运动粘度：湍流粘度的增加项：湍流粘度的减少项v：分子运动粘度：用户自定义源项各个系数的由来d：到壁面的距离小结Spalart-Allmaras模型属于涡粘性模型，这类模型的前提是Boussinesq假设。其核心思想是引入中间变量，通过求解中间变量的输运方程获得湍流运动粘性系数。标准k-模型双方程模型认为湍流可以用双尺度来表征，许多学者应用不同的尺度组合来发展双方程模型。1974年，Iaunder和Spalding提出了标准k-模型。标

5、准k-模型是一个半经验模型，把湍流粘度拼和湍动能人及湍动能耗散率联系在一起，即：其中，v为流体的分子粘性；；k和分别用它们的输运方程解出，其中：湍动能k输运力一程可以精确推导得出，湍动能耗散的输运方程通过物理推理和与湍动能方程有类似的机制和公式推导得出：小结（优缺点）标准k-模型力一法稳定、简单、经济，在较大的下程范围内应用有足够的精度，包括边界层流动、管内流动、剪切流动。标准k-模型的缺点是:难以模拟剪切层中平均流场方向的改变对湍流场的影响;不能反映雷诺应力的各向异性，特别是近壁湍流;不能反映平

6、均涡量对雷诺应力分布的影响。对强旋流、湍流分离流和近壁流等明显各向异性的流动使用标准k-模型是不合适的。k–ω紊流模型•k–ω紊流模型家族得到流行主要因为:–模型方程不包括在壁面上没有定义的项，因为没有壁面函数它们就不能在壁面上积分–对于有压力梯度的大范围边界层流动它们是精确的和robust–FLUENT提供k–ω模型下的两个变量–标准k–ω(SKW)模型•在航天和涡轮机械领域得到最广泛的应用•几个k–ω子模型/选项:可压缩性效果,过渡期的剪切流修正流动.–剪切压力输运k–ω(SSTKW)模型(M

7、enter,1994)•SSTk–ω模型使用混合函数对逐渐过渡的从壁面附近的标准k–ω模型到高雷诺数在边界层的外部的k–ε模型.•包括修正过的用来解决主要紊流剪切压力的传输效果紊流粘性公式.Menter的SSTk–ω模型背景•许多人，包括Menter(1994),注意到:–k–ω模型相对于边界层流动的k–ε来说有许多更好的属性和表现。–Wilcox初始k–ω模型对于自由流的ω过于敏感，Menter的模型就不存在这样的问题。–大多数的二方程模型，包括k–ε模型,对尾流的湍流应力预计过多,导致对于模型

8、在逆压梯度下的边界层和分离流适应较差。FLUENTv6.3December2006Menter的SSTk–ω模型的主要组成•SSTk–ω模型由以下组成：–Zonal混合k–ω/k–ε方程，截取湍流粘度以便于湍流应力都保持在默认的结构相似常数范围内(Bradshaw,1967)FLUENTv6.3December2006Menter的SSTk–ω模型混合方程•结果混合方程如下：:标准k-ω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