ansys湍流模型

NASA Rotor 37 验证案例
2.2
2.1
Total Pressure Ratio
experiment
k-epsilon k-e Mesh1 k-e Mesh2 k-e Mesh3
2.2
Total Pressure Ratio
experiment
SSTSST Mesh1 SST Mesh2 SST Mesh3
Mesh guidelines: • y+ < 1 • wall normal expansion ratio ~1.1 • good resolution of streamwise direction
机翼验证案例
• 由于吸力面的层流分 离引起的转涙
• 转涙模型很好地预测 到此现象
• 结果: 经过此区域的壁面剪
SRS
(Scale Resolving Simulations)
RANS
(Reynolds Averaged Navier-Stokes Simulations)
•直接数值求解完全 的瞬态NS方程组
•不需要模型
•目前仅做为研究工 具
•包括大涡模拟、混 合大涡模拟
•较大的涡直接求 解，比网格小的涡 用模型模拟。
0.04
0.02
0
0
1
2
3
4
5
6
u/Uref
• SST , Wilcox 2006, V2F 和 Spalart-Allmaras 模拟的速度分布
转涙现象对流动的影响
• 壁面剪切应力 • 壁面传热 • 分离现象 • 设备效率
层流分离 湍流分离
转涙模型的开发需求
• 困难:
– 涉及的具体应用未知 – 几何形状复杂 – 网格拓扑未知 – 非结构网格 – 支持并行-域分解
•本质上是瞬态方法
•求解雷诺平均NS方程组 •可以选择稳态求解
•所有湍流都用模型模拟 • 是目前工业界应用最 广泛的方法
ANSYS CFD中的RANS湍流模型
– 包括了所有常见的模型
– 包括了诸如曲率修正和 EARSM等扩展模型
– 确保无论哪种应用，你 都可选择到合适的模型
One-Equation Models Spalart-Allmaras (k-e)1E
Fonset 启动转涙： Re Re t
Ret f (Tu, Q )
R~et
t
U j R~et
x j
Pt
x j
t
t
R~et x j
Pt ct t
Ret R~et
1.0 Ft
平板流动验证案例
T3A: FSTI = 3.5 % (~ 39000 hexahedra)
SST 模型:
• 传统的标准双方程模型难以预测出分离效应，甚至当压力梯度很 大时也是如此。
• 模拟分离流动时，SST 模型是最精确的双方程模型之一。
NACA 4412 翼型验证案例
Distance from wall
0.1 0.08 0.06
SST Wilcox 2006
Spalart-Allmaras v2-f Experiment
切应力比全湍流模拟 的要高
湍流边界层能克服反
压梯度
尾缘附近的分离更少
McDonnell Douglas 30P-30N 多段翼验证案例
Re = 9 million Mach = 0.2 C = 0.5588 m AoA = 8°
Exp. hot film transition location measured as f(x/c)
Reynolds Stress Models
Launder-Reece-Rodi, Speziale-Sarkar-Gatski Stress-w
k–kl–ω Transition Model SST Transition Model
RANS湍流模型的扩展
5 m/s Air
Case 1
Water
1 m/s
Two-Equation Models k–ε (Standard, Realizable, RNG) k–ω (Standard, SST)
Curvature Correction (all 1 & 2 eqn. models) V2F (4 eqn.)* Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM)
Flap transition: CFX = 0.909 Exp. = 0.931 Error: 2.2 %
NASA Rotor 37 验证案例
• 压力面激波诱导的分离
• 边界层的分离对旋转机 械性能影响很大
• 目前转涙模型在该领域 的应用越来越普遍
Mid-span Separation
Suction side of the blade
对自由液面流动，液面附近通过湍流 阻尼来修正粘性，提高精度。（适用 于SST模型和 k-w 模型）
曲率修正增加旋流模拟精度
多孔介质界面采用近壁面处理，提高 精度。
SST模型：更好地模拟带有分离的流动
流动中包括下列现象时，分离的影响较大:
• 扩压器的压力损失 • 机翼的失速 • 旋转机械部件的性能分析
• 需求:
– 不同的转涙机理 – 自然转涙 – 旁路转涙 – 分离诱导转涙 –…
– 稳健性 – 不增加额外的网格
Fully Turbulent Laminar Flow
Transitional
两方程转涙模型 g-ReQ
g
U jg
t
x j
wenku.baidu.com Pg
Eg
x j
t f
g
x
j
Pg 1 Flength S (1 g ) g Fonset 0.5
ANSYS CFD中的湍流模型及其应用
安世亚太科技股份有限公司 流体业务部 杨振亚
目录
RANS湍流模型
湍流模型概述 SST湍流模型 层流-湍流转涙模型
尺度解析模型
概述 SAS湍流模型
总结
2
© 2014 ANSYS Inc.
湍流模拟方法
DNS
(Direct Numerical Simulation)
Main upper transition: CFX = 0.068 Exp. = 0.057 Error: 1.1 %
Slat transition: CFX = -0.056 Exp.= -0.057 Error: 0.1 %
Tu Contour
Main lower transition: CFX = 0.587 Exp. = 0.526 Error: 6.1 %