CFD分析各种流场四川西昌的紊流施密特数
摘要：
CFD对湍流流质使用雷诺平均RANS模式，在梯度扩散理论下，它的应用可以估计湍流标量通量，这样就需要定义湍流施密特数。然而,全球并没有统一的紊流施密特数，同时不同的研究中又在使用着不同的经验值。本文即对先前研究中与大气散有关的工程流体最佳紊流施密特数进行了综述。紊流施密特数最优质分布在0.2–1.3范围内，选择的具体值对预测结果有显著的影响。根据目前的研究结果，紊流施密特数最优质取决于当地的流动特性，所以建议考虑各种情况下的主导流体结构来选定紊流施密特数。 关键词:紊流施密特数;CFD;扩散;RANS;最优值七台河市高级中学
1.前言
建筑物周围和附近的空气污染是一个重要的环境问题。然而,由于土著菌建筑物之间复杂的交互大
气流动和绕流，使得很难以一定的精度预测污染物扩散。计算流体动力学技术利用快速发展的计算机硬件，通过建立数值模型而广泛用于研究建筑物周围和附近风场和污染物的运输，然而,此技术很难选择“通用”的建模常量。
当前对于建筑物环境中大气散的CFD研究，RANS模拟湍流与传质一般把梯度扩散理论应用于动荡的质量流，也就是。其中，Dt是湍流质量扩散率，是平均质量梯度。
西方普世价值观 为了表示动黏滞系数vt与湍流扩散系数Dt的比值,紊流施密特数定义如下
如果动黏滞系数vt中国油脂网大于湍流扩散系数Dt那么施密特数就大于1。这个施密特数类似于另一个施密特数Sc，Sc是一个无量纲数，逼近于分子动量扩散系数(运动粘度)和分子质量扩散系数的比率。应该指出的是湍流的普朗特数Prt，它代表湍流动量扩散系数和湍流热扩散系数的比值。
大村智
Reynolds(1975)检查并分类了施密特数和普朗特数的各种预测方法，并设法把他们作为函数的形式统一表达出来，就像粘度和扩散率的比值形式。
Koeltzsch (2000)回顾了之前的调查实验，发现大多数作者都使用0.5-0.9之间的施密特数。他的实验表明，在平板上的湍流边界层做风洞实验对边界层高度的施密特数有很大的依赖性。测量值为0.3-1.0，当使用的高度被边界层厚度规范后，这些值就与以前报道的数值很吻合。后来，基于不同大气稳定度和风力条件的野外观察，Flesch (2002)报告了施密特数的估计值为0.18-1.34。然而,观察过程中，他们发现稳定效果的影响是很小的。不稳定状态下，施密特数为0.56，中性条件下为0.60，稳定状态下为0.63。他们的结论是，不管稳定度如何，一天的那个时段，风速是多少，施密特数都没有明显的区别。
2.CFD中的紊流施密特数
早期的湍流传质CFD模拟采用的施密特数为0.7,有证据很好地证明了单位时间的浓度变化情况比速度更有说服力。Spalding（1971）证实,施密特数取7.0与实验结果基本一致。另一方面,Launder(1978)指出靠近墙壁的施密特数显示值为9.0。鉴于这些实验结果，大多数研究流质扩散的CFD都采用0.7或0.9。实际上，在大多数商业CFD软件中这些值已经被设 置为默认值。
以前研究建筑和城市扩散问题时，CFD也采用了类似的值。部分研究使用的施密特数已经总结在表1中。令人惊讶的是，一些施密特数的取值明显对预测有影响，但却没有被报道出来。
表1 几个有关建筑和城市气体扩散问题的实验所使用的施密特数
0.63 | Lien et al. (2006) |
0.7 | Li and Stathopoulos (1997), Wang and McNamara(2006) |
0.77 | Zhang et al. (1996) |
0.8 | Brzoska et al. (1997) |
0.9 | Delaunay (1996), Baik et al. (2003), Kim et al. (2003),Santiago et al. (2007) |
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在大涡模拟(LES)中，施密特数的取值对湍流标量通量的模拟并不必要,因为网格尺度可以直接计算湍流通量。可是，梯度扩散理论通常来估计子网格的紊流流质。因此,这里的湍
流施密特数为 ScSGS需要确定下来,它既依赖于SGS运动,又依赖当时的流动特性以及Sct。不幸的是，由于在大涡模拟(LES)中，SGS湍流通量对总湍流通量影响很小，所以很少有实验研究ScSGS的影响。早期，Antonopoulos -Domis (1981)在各向同性湍流中做了被动标量运输的LES调查，在很多研究中ScSGS值取用0.5。此外，ScSGS值还可以运用动态过程中的时间和空间变量来进行计算，这一过程经常被用作来确定该模型系数的技术。
图1 湍流标量混合在一个由k-ε模型预测的喷射的横流中。(1)喷射中心平面X / D=10处的浓度分布(2)Y / D=1.35、Z / D=0处的湍流强度。 3.CFD研究中施密特数对流动和散的影响
本节综述了以前的几个调查实验，这些实验调查了施密特数对预测浓度的影响和各种工程流量和浓度所需的最佳值。
3.1 喷射
He et al. (1999) 利用k-ε模型评估了喷射横流湍流标量区域取值施密特数为0.2到1.5 的计算准确性和精度。报告说，施密特数对喷射横流湍流的预测浓度有很重要的影响。尤其是喷射交叉流动动量比相对小的时候,就像图1显示的,施密特数为0.2的预测浓度与低区域0.8的实验中得到的预测浓度很接近。可是在图1中也显示了，计算所给出的喷射处的预测浓度要比试验得出的值小得多。当然有可能，低估的湍流扩散被这种情况下大的施密特数所弥补。如果这种假设成立，那么上面研究推荐的最佳值0.2，就真的很低了。
Yimer et al(2002)利用LDV测量了轴对称湍流自由圆射流的速度和被动标量来确定施密特数，
这些测试显示，根据距离施密特数在喷射轴上由0.62单调递增到1.1。（见图2）
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