fluent中laminar模型的控制方程

fluent中laminar模型的控制方程
湍流出现在速度变动的地方。这种波动使得流体介质之间相互交换动量、能量和浓度变化,并且引起了数量的波动。由于这种波动是小尺度且是高频率的,因此在实际工程计算中直接模拟对计算机的要求很高。实际上,瞬时控制方程可能在时间、空间上是均匀的,或者可以人为地改变尺度,这样修改后的方程耗费较少。但是,修改后的方程可能包含我们不知道的变量,湍流模型需要用已知变量确定这些变量。
Fluent提供的湍流模型包括: Spalart-Allmaras 模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、带旋流修正k-ε模型、k-ω模型、压力修正k-ω模型、雷诺兹压力模型、大漩涡模拟模型等。
1. Inviscid
进行无粘计算。
2. Laminar
用层流模型进行流动模拟。层流同无粘流动一样,不需要输入任何与计算相关的参数。水密电缆
3. Spalart-Allmaras 模型
Spalart-Allmaras模型是方程模型里面最成功的一个模型,最早被用于有壁面限制情况的流动计算中,特别在存在逆压梯度的流动区域内,对边界层的计算效果较好,因此经常被用于流动分离区附近的计算,后来在涡轮机械的计算中也得到广泛应用。
最早的Spalart-Allmaras模型用于低雷诺数流计算,特别是在需要准确计算边界层粘性影响的问题中效果较好。Fluent对Spalart-Allmaras 进行了改进,改进后可以在网格精度不高时使用壁面函数。在湍流对流场影响不大,同时网格较粗糙时可以选用这个模型。
注:Spalart-Allmaras模型是一种新出现的湍流模型,在工程应用问题中还没有出现多少成功的算例。如同其他方程模型一样,Spalart-Allmaras模型的稳定性也比较差,在计算中采用Spalart-Allmaras模型时需要注意这个特点。
4.标准k-ε模型
标准k-ε模型由Launder和Spalding提出,模型本身具有的稳定性、经济性和比较高的计算精度使之成为湍流模型中应用范围最广、最为人熟知的一个模型。 标准k-ε模型通过求解湍
ggtv5流动能(k)方程和湍流耗散率(ε) 方程,得到k和ε的解,然后再用k和ε的值计算湍流粘度,最终通过Boussinesq假设得到雷诺应力的解。虽然得到了最广泛的使用,但因为标准k -ε模型假定湍流为各向同性的均匀湍流,所以在旋流(swirl flow)等非均匀湍流问题的计算中存在较大误差,因此后来发展出很多k -ε模型的改进模型,其中包括RNG (重整化) k -ε模型和Realizable (现实) k -ε模型等衍生模型。ome103
5.RNG k-ε模型
RNG k-ε模型在形式上类似于标准k-ε模型,但是在计算功能上要强于标准k-ε模型,改进措施主要有:
(1)在ε方程中增加了一个附加项,使得在计算速度梯度较大的流场时精度更高;
(2)模型中考虑了旋转效应,因此对强旋转流动计算精度也得到提高;
科室牌设计(3)模型中包含了计算湍流Prandtl数的解析公式,而不像标准k-ε模型仅用户定义的常数;
(4)标准k-ε模型是一个高雷诺数模型,而重整化k-ε模型在对近壁区进行适当的处理后可以计算低雷诺数效应。
6. Realizable k-ε模型
Realizable k -ε模型与标准k-ε模型的主要区别是:
(1)Realizable k -ε模型中采用了新的湍流粘度公式;
(2)ε方程是从涡量扰动量均方根的精确输运方程推导出来的。
现实k -ε模型满足对雷诺应力的约束条件,因此可以在雷诺应力上保持与真实湍流的一致。这一点是标准k -ε模型和RNG k -ε模型都无法做到的。这个特点在计算中的好处是,可以更精确地模拟平面和圆形射流的打散速度,同时在旋转流计算、带方向压强梯度的边界层计算和分离流计算等问题中,计算结果更符合真实情况。
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Realizable k -ε模型是新出现的k -ε模型。虽然还无法证明其性能已经超过RNG k -ε模型,但是在分离流计算和带二次流的复杂流动计算中的研究表明,Realizable k -ε模型是所有k-ε模型中表现最出的湍流模型。
Realizable k-ε模型在同时存在旋转和静止区的流场计算中(如多重参考系、旋转滑移网格等计算中)会产生非物理湍流粘性,因此在类似计算中应该慎重选用这种模型。
7. k-ω模型
k -ω模型也是二方程模型。标准k -ω模型中包含低雷诺数影响、可压缩性影响和剪切流扩散,因此适用于尾迹流动计算、混合层计算、射流计算,以及受到壁面限制的流动计算和自由剪切流计算。
剪切应力输运k -ω模型简称为SST k-ω模型,综合了k-ω模型在近壁区计算的优点和k-ε模型在远场计算的优点,将k -ω模型和标准k -ε都乘以一个混合函数后再相加就可以得到这个模型。在近壁区,混合函数的值等于1,因此在近壁区等价于k-ω模型。在远离壁面的区域混合函数的值等于0,因此自动转换为标准k-ε模型。
与标准k-ω模型相比,SST k -ω模型中增加了横向耗散导数项,同时在湍流粘度定义中考虑了湍流剪切应力的输运过程,模型中使用的湍流常数也有所不同。这些特点使得SST k -ω模型的适用范围更广,比如可以用于带逆压梯度的流动计算、翼型计算、跨音速激波计算等。
8.雷诺应力模型(RSM)
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雷诺应力模型中没有采用涡粘度的各向同性假设,因此从理论上说比湍流模式理论要精确得多。雷诺应力模型不采用Boussinesq假设,而是直接求解雷诺平均N-S方程中的雷诺应力项,同时求解耗散率方程,因此在二维问题中需要求解5个附加方程,在三维问题中需要求解7个附加方程。
从理论上说,雷诺应力模型应该比一方程模型和二方程模型的计算精度更高,但实际上雷诺应力模型的精度受限于模型的封闭形式,因此雷诺应力模型在实际应用中并没有在所有的流动问题中都体现出优势。只有在雷诺应力明显具有各向异性的特点时才必须使用雷诺应力模型,比如龙卷风、燃烧室内流动等带强烈旋转的流动问题。

本文发布于:2024-09-23 06:32:35,感谢您对本站的认可!

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