几种湍流模型及其在FLUENT中的应用_任志安
湍流模型及其在FLUENT软件中的应用
湍流模型及其在FLUENT软件中的应用一、本文概述湍流，作为流体动力学中的一个核心概念，广泛存在于自然界和工程实践中，如大气流动、水流、管道输送等。
由于其高度的复杂性和非线性特性，湍流一直是流体力学领域的研究重点和难点。
随着计算流体力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟已成为研究湍流问题的重要手段。
其中，湍流模型的选择和应用对于CFD模拟结果的准确性和可靠性具有决定性的影响。
本文旨在深入探讨湍流模型的基本理论及其在FLUENT软件中的应用。
我们将简要回顾湍流的基本概念、特性和分类，为后续的模型介绍和应用奠定基础。
接着，我们将详细介绍几种常用的湍流模型，包括雷诺平均模型（RANS）、大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）等，并重点分析它们的适用范围和优缺点。
在此基础上，我们将重点关注FLUENT软件在湍流模拟方面的应用。
FLUENT作为一款功能强大的CFD软件，提供了丰富的湍流模型供用户选择。
我们将通过具体案例，展示如何在FLUENT中设置和应用不同的湍流模型，以及如何通过参数调整和结果分析来优化模拟效果。
我们还将探讨湍流模型选择的影响因素和最佳实践，以帮助读者更好地理解和应用湍流模型。
本文将对湍流模型在FLUENT软件中的应用进行总结和展望，分析当前存在的问题和挑战，并探讨未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的阅读，读者可以全面了解湍流模型的基本理论及其在FLUENT 软件中的应用方法，为实际工程问题的解决提供有力的理论支持和技术指导。
二、湍流基本理论湍流，亦被称为乱流或紊流，是一种流体动力学现象，其特点是流体质点做极不规则而又连续的随机运动，同时伴随有能量的传递和耗散。
湍流与层流相对应，是自然界和工程实践中广泛存在的流动状态。
湍流流动的基本特征是流体微团运动的随机性和脉动性，即流体微团除有沿平均运动方向的运动外，还有垂直于平均运动方向的脉动运动。
这种脉动运动使得流体微团在运动中不断混合，流速、压力等物理量在空间和时间上均呈现随机性质的脉动和涨落。
不同湍流模型在管道流动阻力计算中的应用和比较
不同湍流模型在管道流动阻力计算中的应用和比较
湍流是流体动力学中最重要的组成部分，在工程上得到了广泛的应用。
为了精确地分析管道流动中的流动特性，需要准确地描述流体的湍流特性。
湍流模型就是用来改进对流体的湍流的描述的数学模型。
在管道流动阻力计算中，不同的湍流模型有不同的应用方式，下面简要介绍一下这几种湍流模型：
1、经典的普朗特－普朗特湍流模型：该模型是如今最为广泛应用的湍流模型，使用起来要比经典的热力学方程模型要简单得多，只需要几个基本参数即可描述湍流特性。
该模型可以用来准确地模拟管道流动中的湍流，但是它在复杂流动下的表现较差。
2、粘性网格模型：该模型基于均匀网格模型，利用积分方法求解流场中的湍流问题，只要改变网格的粘性系数，就可以模拟出不同湍流程度的流动特性，这对于对不同湍流流动的研究具有重要意义。
3、瞬态湍流模型：该模型使用流体力学中的连续方程组来描述瞬态湍流，可以用来分析复杂的管道流动中的湍流特性，这个模型的优势在于它能够精确地模拟出管道流动中的流动特性。
湍流模型在管道流动阻力计算中应用比较：
经典的普朗特－普朗特湍流模型：该模型只需要几个参
数就可以准确描述湍流特性，因此，在管道流动阻力计算中应用较为广泛，它的计算简单，准确性较高，但是它在复杂流动下的表现较差。
粘性网格模型：该模型可以用来计算管道内湍流流动的阻力，但是由于其计算复杂，需要改变网格的粘性系数，因此在管道流动阻力计算中应用不太广泛。
瞬态湍流模型：该模型能够精确地模拟出管道流动中的流动特性，因此，在计算管道流动中的湍流阻力时，该模型是最为准确的，但是，由于计算复杂，局限性较大，因此，在管道流动阻力计算中的应用也很少。
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常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用
常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用湍流是流体运动中不可避免的现象，它具有无规则、随机和混沌等特点，对于流体力学研究和工程应用具有重要影响。
为了更好地模拟流体运动中的湍流现象，并进行相关的工程计算和优化设计，科学家们提出了许多湍流模型。
本文将介绍一些常用的湍流模型，并探讨它们在流体动力学软件FLUENT中的应用。
1. 动力学湍流模型（k-ε模型）动力学湍流模型是最为经典和常用的湍流模型之一，主要通过求解湍流动能k和湍流耗散率ε来模拟湍流运动。
这一模型主要适用于较为简单的湍流流动，如外部流场和平稳湍流流动。
在FLUENT软件中，用户可以选择不同的k-ε模型进行计算，并对模型参数进行调整，以获得更准确的湍流模拟结果。
2. Reynolds应力传输方程模型（RSM模型）RSM模型是基于雷诺应力传输方程的湍流模型，它通过求解雷诺应力分量来描述湍流的速度脉动特性。
相比于动力学湍流模型，RSM模型适用于复杂的湍流流动，如边界层分离流动和不可压缩流动。
在FLUENT软件中，用户可以选择RSM模型，并对模型参数进行优化，以实现对湍流流动的更精确模拟。
3. 混合湍流模型混合湍流模型是将多个湍流模型相结合，以更好地模拟不同湍流流动。
常见的混合湍流模型有k-ε和k-ω模型的组合（k-ε/k-ω模型）和k-ε模型和RSM模型的组合（k-ε/RSM模型）等。
在FLUENT软件中，用户可以选择不同的混合模型，并根据具体的流动特征进行模型参数调整，以实现更准确的湍流模拟。
除了上述介绍的常用湍流模型外，FLUENT软件还提供了其他的湍流模型选择，如近壁函数模型（近壁k-ω模型、近壁k-ε模型）、湍流耗散模型（SD模型）、多场湍流模型（尺度能量模型）等。
这些模型针对不同的湍流现象和流动特性，提供了更加丰富和精确的模拟方法。
在FLUENT软件中，用户可以根据具体的工程问题和流动特性选择合适的湍流模型，并进行相应的设置和参数调整。
fluent中常见的湍流模型及各自应用场合
标题：深入探讨fluent中常见的湍流模型及各自应用场合在fluent中，湍流模型是模拟复杂湍流流动的重要工具，不同的湍流模型适用于不同的流动情况。
本文将深入探讨fluent中常见的湍流模型及它们各自的应用场合，以帮助读者更深入地理解这一主题。
1. 简介湍流模型是对湍流流动进行数值模拟的数学模型，通过对湍流运动的平均值和湍流运动的涡旋进行描述，以求解湍流运动的平均流场。
在fluent中，常见的湍流模型包括k-ε模型、k-ω模型、LES模型和DNS模型。
2. k-ε模型k-ε模型是最常用的湍流模型之一，在工程领域有着广泛的应用。
它通过求解两个方程来描述湍流场，即湍流能量方程和湍流耗散率方程。
k-ε模型适用于对流动场变化较为平缓的情况，如外流场和边界层内流动。
3. k-ω模型k-ω模型是另一种常见的湍流模型，在边界层内流动和逆压力梯度流动情况下有着良好的适用性。
与k-ε模型相比，k-ω模型对于边界层的模拟更加准确，能够更好地描述壁面效应和逆压力梯度情况下的流动。
4. LES模型LES（Large Ey Simulation）模型是一种计算密集型的湍流模拟方法，适用于对湍流细节结构和湍流的大尺度结构进行同时模拟的情况。
在fluent中，LES模型通常用于对湍流尾流、湍流燃烧和湍流涡流等复杂湍流流动进行模拟。
5. DNS模型DNS（Direct Numerical Simulation）模型是一种对湍流流动进行直接数值模拟的方法，适用于小尺度湍流结构的研究。
在fluent中，DNS模型常用于对湍流的微观结构和湍流的小尺度特征进行研究，如湍流能量谱和湍流的空间分布特性等。
总结与回顾通过本文的介绍，我们可以看到不同的湍流模型在fluent中各有其适用的场合。
从k-ε模型和k-ω模型适用于工程领域的实际流动情况，到LES模型和DNS模型适用于研究湍流细节结构和小尺度特征，每种湍流模型都有其独特的优势和局限性。
四种湍流模型介绍
四种湍流模型介绍湍流是一种自然界中的非常普遍的现象，它的产生非常复杂且难以完全理解。
然而，对于一些科学领域来说，湍流是非常重要的，比如气象学、海洋学、工程学等。
湍流的模拟对于这些领域中的许多问题都是至关重要的。
本文将介绍四种湍流模型的基本概念及其应用。
1. DNS（直接数值模拟）DNS模型是把流体问题看做一组微分方程的解，对流体流动的每个细节都进行了计算。
这种模型的重要性在于它能够提供非常详细的流场信息，而且可以完全地描述流体力学问题，因此它也被称为“参考模型”。
然而，DNS模型也有一些局限性。
由于湍流的分子尺度是非常小的，因此在模型计算时需要高分辨率的计算网格，这使得计算时间和存储空间要求非常高。
此外，由于瞬时的湍流性质非常不稳定，因此DNS模型的计算过程也非常复杂。
因此，在实际应用中，DNS模型的应用受到了很大的限制。
2. LES（大涡模拟）LES模型是将湍流分解成大尺度的大涡和小尺度的小涡，并通过计算大涡的运动来获得流场的信息。
相比于DNS模型，LES模型计算的时间和存储空间要求比较低。
但是，这种模型仍然需要计算小涡的贡献，因此计算时仍然需要很高的分辨率。
在工程学中，这种模型常用于模拟湍流流动问题，比如气动噪声、汽车的气动流动、空气污染等问题，因为模型能够更好地反映流场的基本特性，提供比较准确的结果。
3. RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯方程模型）RANS模型通过对湍流流场的平均速度和压力场进行求解，以获得平均情况下的流动情况。
该模型在计算湍流流场时，只需要考虑平均的流态，不需要计算流动中的小且不稳定的涡旋，因此计算效率比较高。
这种模型常用于一些基于大规模的工程计算，如风力发电机、涡轮机、船舶的流动等。
研究发现，在这些问题中，相比于LES模型，RANS模型所得到的结果精度略低，但是在很多领域中已经被广泛地应用。
4. VLES（小尺度大涡模拟）VLES模型是LES模型和RANS模型的结合体，通过计算流场中的大尺度涡旋和小尺度涡旋来提高计算的准确性。
各种湍流模型在FLUENT中的应用
湍 流 模 型 发 展 的 实 际 需 要 ． 得 学 使 者 们 转 而 寻求 更普 遍 、 精 细 的方 法 来 更
确 定 长 度 比 尺 的分 布 ． 多 学 者 应 用 不 许
湍 流 的雷 诺 应 力 准 确 的输 运 方 程 ．９ １ １５ 年 Ｒｔ ｏ ａ发 展 了周 培 源 先 生 的 工 作 ． ｔ 建
组 当 时 没 有 实 际 求 解 的 可能 ． 来 ． ｏ 后 Ｒ． ｄ 等 人 提 出了 代 数 应 力 模 型 ． 雷 诺 应 ｉ 将
力输运的微分方程简化为代数方程 ． 再
者 提 出 的反 映湍 流 尺度 的参 数 ． 过 微 通 湍 流 的 模 式 理 论 在 解 决 工 程 实 际 问题 中起 着 重 要 作 用 模 式 理 论把 流体
的结 果 。 １４ ９ ５年 周 培 源 先 生 首 次 导 出一 般
和机 理 都 很 清 楚 ． 由于 所 解 的 偏 微 分 但 方 程组 过 于 庞 大 、 杂 ， 以 距 解 决 工 复 所 程 中实 际 问 题 还有 很 大差 距 工 程 上 最 常 用 的 还 是 采用 各种 湍 流 模 型 尤 其 是 近 代 ． 着 计 算 机 技 术 和 流 体 力 学 的 发 随 展 ．各 种 应 用 软 件 应 运 而 生 ． Ｌ Ｅ Ｔ ＦＵ Ｎ 作 为 其 中 一 种 已 被 成 功 地 用 来 解 决 一
立 了 完 整 的雷 诺 应 力 模 式 （ Ｓ 。 限 Ｒ Ｍ） 受 于计算手段 ． 他们 所 建 立 的 复杂 的方 程
同 的尺 度 结 合 来 发 展 双 方程 模 型 １７ ９４
１湍 流 理 论模 式 的发 展 ． 年 ．ｐ ｌｉｇ和 Ｌ ｎ ｄ ｒ归 纳 了 不 同 学 Ｓａ ｎ ｄ ａｎｅ
四种湍流模型介绍
由于航发燃烧室中的流动特性极其复杂，要想提高数值计算的预测能力，必须要慎重选择湍流模型。
用四种不同的湍流模型对带双径向旋流杯的下游流场进行数值模拟，将计算结果与实验结果作对比，比较各湍流模型的原理和物理基础，优劣，并分析流场速度分布和回流区特性。
涉及的湍流模型：标准k-ε湍流模型（SKE)1标准k-ε湍流模型有较高的稳定性，经济性和计算精度，应用广泛，适合高雷诺数湍流，但不适合旋流等各向异性较强的流动。
2简单的湍流模型是两个方程的模型，需要解两个变量，即速度和长度。
在fluent中，标准k-ε湍流模型自从被Launder and Spalding 提出之后，就变成流场计算中的主要工具。
其在工业上被普遍应用，其计算收敛性和准确性都非常符合工程计算的要求。
3但其也有某些限制，如ε方程包含不能在壁面计算的项，因此必须使用壁面函数。
另外，其预测强分离流，包含大曲率的流动和强压力梯度流动的结果较弱。
它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。
动能输运方程是通过精确的方程推导得到，耗散率方程是通过物理推理，数学上模拟相似原型方程得到的。
应用范围：该模型假设流动为完全湍流，分子粘性的影响可以忽略，此标准κ-ε模型只适合完全湍流的流动过程模拟。
可实现的k-ε模型是才出现的，比起标准k-ε模型来有两个主要的不同点：·可实现的k-ε模型为湍流粘性增加了一个公式。
·为耗散率增加了新的传输方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程。
术语“realizable”，意味着模型要确保在雷诺压力中要有数学约束，湍流的连续性。
应用范围：可实现的k-ε模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。
而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。
可实现的k-ε模型和RNG k-ε模型都显现出比标准k-ε模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。
由于带旋流修正的k-ε模型是新出现的模型，所以还没有确凿的证据表明它比RNG k-ε模型有更好的表现。
fluent零方程湍流模型
Fluent是一款广泛应用于流体动力学仿真模拟的软件，它支持多种湍流模型，其中零方程湍流模型是一种常用的模型。
零方程湍流模型基于湍流脉动守恒定律，通过直接求解湍流脉动输运方程组，避免了传统湍流模型中的复杂湍流输运偏微分方程，从而简化了湍流模拟的计算复杂度。
零方程湍流模型的核心思想是通过对湍动能和耗散率的独立处理，采用简单而又符合物理规律的输运方程来描述湍流的脉动特性。
其中，湍动能通过输运方程进行求解，耗散率则通过一个简单的输运方程进行描述。
在零方程湍流模型中，湍流粘度被定义为湍动能和耗散率的函数，从而可以通过求解控制容积中的输运方程来计算湍流的脉动速度和压力。
与标准k-ε模型相比，零方程湍流模型具有更简单的数学表达式和更高的计算效率。
然而，由于它没有充分利用湍流的复杂特性，因此有时无法准确模拟某些复杂的流动现象。
此外，零方程湍流模型还存在一些不足之处，例如对于不同雷诺应力之间的关系需要进行特殊处理，并且在某些情况下可能会表现出对网格的依赖性。
在实际应用中，零方程湍流模型常用于简单流动的模拟和验证。
对于复杂的流动现象，仍然需要采用标准k-ε模型等其他湍流模型进行更精确的模拟。
在选择湍流模型时，需要根据具体的流动情况和计算要求进行权衡和选择，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
总之，零方程湍流模型是一种简化的湍流模拟方法，它通过直接求解湍流脉动输运方程组来描述湍流的脉动特性。
虽然它存在一些不足之处，但对于简单流动的模拟和验证具有较高的实用价值。
在实际应用中，需要根据具体的流动情况和计算要求进行选择和调整，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
fluent各种湍流方程介绍
FLUENT提供的各类湍流模型介绍以及适用范围（转）本帖最后由 tony 于 2010-11-5 21:06 编辑转自：/lzhais/blog/item/369cab33202cf74aad4b5f9a.htmlThe Spalart-Allmaras模型对于解决动力漩涡粘性，Spalart-Allmaras 模型是相对简单的方程。
它包含了一组新的方程，在这些方程里不必要去计算和剪应力层厚度相关的长度尺度。
Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动，而且已经显示出和好的效果。
在透平机械中的应用也愈加广泛。
在原始形式中Spalart-Allmaras 模型对于低雷诺数模型是十分有效的，要求边界层中粘性影响的区域被适当的解决。
在FLUENT中，Spalart-Allmaras 模型用在网格划分的不是很好时。
这将是最好的选择，当精确的计算在湍流中并不是十分需要时。
再有，在模型中近壁的变量梯度比在k-e模型和k-ω模型中的要小的多。
这也许可以使模型对于数值的误差变得不敏感。
想知道数值误差的具体情况请看5.1.2。
需要注意的是Spalart-Allmaras 模型是一种新出现的模型，现在不能断定它适用于所有的复杂的工程流体。
例如，不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。
还有要注意的是,单方程的模型经常因为对长度的不敏感而受到批评，例如当流动墙壁束缚变为自由剪切流。
标准k-e模型最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。
在FLUENT中，标准k-e模型自从被Launder and Spalding 提出之后，就变成工程流场计算中主要的工具了。
适用范围广、经济，有合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换模拟中有如此广泛的应用了。
它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。
由于人们已经知道了k-e模型适用的范围，因此人们对它加以改造，出现了RNG k-e模型和带旋流修正k-e模型。
fluent中常见的湍流模型及各自应用场合
fluent中常见的湍流模型及各自应用场合湍流是流体运动中的一种复杂现象，它在自然界和工程应用中都非常常见。
为了模拟和预测湍流的行为，数学家和工程师们开发了各种湍流模型。
在Fluent中，作为一种流体动力学软件，它提供了多种常见的湍流模型，每个模型都有其自己的适用场合。
1. k-ε 模型最常见的湍流模型之一是k-ε模型。
该模型基于雷诺平均的假设，将湍流分解为宏观平均流动和湍流脉动两个部分，通过计算能量和湍动量方程来模拟湍流行为。
k-ε模型适用于边界层内和自由表面流动等具有高湍流强度的情况。
它还适用于非压缩流体和对称或旋转流动。
2. k-ω SST 模型k-ω SST模型是基于k-ε模型的改进版本。
它结合了k-ω模型和k-ε模型的优点，既能够准确地模拟边界层流动，又能够提供准确的湍流边界条件。
SST代表了"Shear Stress Transport"，意味着模型在对剪切流动的边界层进行处理时更为准确。
k-ω SST模型适用于各种湍流强度的流动，特别是在激烈湍流的边界层内。
3. Reynolds Stress 模型Reynolds Stress模型是一种基于雷诺应力张量模拟湍流的高级模型。
它考虑了流场中的各向异性和非线性效应，并通过解Reynolds应力方程来确定流场中的张应力。
由于对流场的湍流行为进行了更精确的建模，Reynolds Stress模型适用于湍流流动和涡旋流动等复杂的工程应用。
然而，由于模型的计算复杂度较高，使用该模型需要更多的计算资源。
4. Large Eddy Simulation (LES)Large Eddy Simulation是一种直接模拟湍流的方法，它通过将整个流场划分为大尺度和小尺度的涡旋来模拟湍流行为。
LES适用于高雷诺数的流动，其中小尺度涡旋的作用显著。
由于需要同时解决大尺度和小尺度涡旋的运动方程，LES计算的复杂度非常高，适用于需要高精度湍流求解的工程应用。
fluent的空气湍流模型
fluent的空气湍流模型（实用版）目录一、引言二、Fluent 中的湍流模型概述1.湍流模型的种类2.湍流模型的选择三、Fluent 中的空气湍流模型1.k-模型2.sa 模型3.LES 模型四、Fluent 中湍流模型的应用1.边界层流动2.噪声模拟五、结论正文一、引言在计算机流体动力学（CFD）领域，湍流是一种常见的流动现象。
由于其复杂性，工程师们通常需要使用湍流模型来模拟这种流动。
Fluent 是一款广泛应用于 CFD 领域的软件，它提供了多种湍流模型供用户选择。
本文将介绍 Fluent 中的空气湍流模型。
二、Fluent 中的湍流模型概述1.湍流模型的种类在 Fluent 中，湍流模型主要分为以下几类：k-模型、sa 模型、LES 模型、RSM 模型等。
这些模型分别适用于不同的流动情况，具有各自的优缺点。
2.湍流模型的选择选择合适的湍流模型是模拟流体流动的关键。
在实际应用中，需要根据流体的性质、流动区域、流动速度等因素来选择合适的湍流模型。
三、Fluent 中的空气湍流模型1.k-模型k-模型是一种基于涡旋随机化的湍流模型，适用于高速、非粘性流体流动。
在 Fluent 中，k-模型可以通过设置湍流粘性系数来调整模型的性能。
2.sa 模型sa 模型，即 Smagorinsky 模型，是一种基于涡旋随机化和湍流扩散的混合模型。
它在高速、非粘性流体流动方面具有较好的性能。
在 Fluent 中，sa 模型可以通过设置涡旋随机化参数和湍流扩散参数来调整模型的性能。
3.LES 模型LES 模型，即大涡模拟，是一种基于湍流涡旋结构的湍流模型。
它适用于高速、非粘性流体流动以及具有较强湍流特性的流动。
在 Fluent 中，LES 模型可以通过设置湍流涡旋参数来调整模型的性能。
四、Fluent 中湍流模型的应用1.边界层流动在边界层流动模拟中，湍流模型的选择尤为重要。
一般来说，对于有压力梯度的大范围边界层流动，可以选择 k-模型或 sa 模型；而对于强旋流和旋转流动，可以选择 LES 模型或 RSM 模型。
Fluent 湍流模型小结
Fluent 湍流模型小结湍流模型目前计算流体力学常用的湍流的数值模拟方法主要有以下三种：直接模拟（direct numerical⌝simulation, DNS）直接数值模拟（DNS）特点在湍流尺度下的网格尺寸内不引入任何封闭模型的前提下对Navier-Stokes方程直接求解。
这种方法能对湍流流动中最小尺度涡进行求解，要对高度复杂的湍流运动进行直接的数值计算，必须采用很小的时间与空间步长，才能分辨出湍流中详细的空间结构及变化剧烈的时间特性。
基于这个原因，DNS目前仅限于相对低的雷诺数中湍流流动模型。
另外，利用DNS模型对湍流运动进行直接的数值模拟对计算工具有很高的要求，计算机的内存及计算速度要非常的高，目前DNS模型还无法应用于工程数值计算，还不能解决工程实际问题。
大涡模拟(large⌝eddy simulation, LES)大涡模拟（LES）是基于网格尺度封闭模型及对大尺度涡进行直接求解N-S方程，其网格尺度比湍流尺度大，可以模拟湍流发展过程的一些细节，但其计算量仍很大，也仅用于比较简单的剪切流运动及管流。
大涡模拟的基础是：湍流的脉动与混合主要是由大尺度的涡造成的，大尺度涡是高度的非各向同性，而且随流动的情形而异。
大尺度的涡通过相互作用把能量传递给小尺度的涡，而小尺度的涡旋主要起到耗散能量的作用，几乎是各向同性的。
这些对涡旋的认识基础就导致了大涡模拟方法的产生。
Les大涡模拟采用非稳态的N-S方程直接模拟大尺度涡，但不计算小尺度涡，小涡对大涡的影响通过近似的模拟来考虑，这种影响称为亚格子Reynolds应力模型。
大多数亚格子Reynolds模型都是将湍流脉动所造成的影响用一个湍流粘性系数，既粘涡性来描述。
LES对计算机的容量和CPU的要求虽然仍然很高，但是远远低于DNS方法对计算机的要求，因而近年来的研究与应用日趋广泛。
应用Reynolds时均方程(Reynolds-averaging⌝equations)的模拟方法许多流体力学的研究和数值模拟的结果表明，可用于工程上现实可行的湍流模拟方法仍然是基于求解Reynolds时均方程及关联量输运方程的湍流模拟方法，即湍流的统观模拟方法。
fluent的空气湍流模型
fluent的空气湍流模型摘要：一、Fluent 空气湍流模型的概述二、湍流模型的类型及选择三、设置湍流模型的步骤四、影响湍流模型的因素五、如何获取较好的湍流模型模拟结果正文：Fluent 是一款广泛应用于流体动力学模拟的软件，其中的空气湍流模型是解决实际工程问题的重要工具。
本文将详细介绍Fluent 中的空气湍流模型，包括模型的类型、设置方法以及影响模拟结果的因素。
一、Fluent 空气湍流模型的概述在Fluent 中，空气湍流模型主要分为以下几种：k-ε 模型、k-ω 模型、SST 模型、大涡模拟（LES）等。
这些模型都是基于实际湍流特性进行数学建模，用以预测和分析流体流动中的复杂现象。
二、湍流模型的类型及选择在选择湍流模型时，需要考虑流动特性、雷诺数、模拟精度等因素。
例如，k-ε 模型适用于广泛范围内的流动问题，但其精度相对较低；而k-ω 模型则适用于高速、大涡占主导的流动场合。
具体模型的选择可根据实际情况和需求进行。
三、设置湍流模型的步骤在Fluent 中设置湍流模型主要包括以下步骤：1.打开Fluent 软件，创建或导入计算模型。
2.在“Meshing”模块中，设置网格类型、尺寸和数量。
3.在“Boundary Conditions”模块中，设置进口、出口、壁面等边界条件。
4.在“Turbulence”模块中，选择合适的湍流模型，并设置模型参数。
5.设置其他物理参数，如压力、速度、密度等。
6.进行模拟计算。
四、影响湍流模型的因素湍流模型的选择和设置不仅取决于流动特性，还受到以下因素的影响：1.雷诺数：雷诺数是判断流动状态的重要参数，不同湍流模型适用于不同雷诺数的流动场合。
2.边界条件：边界条件的设置会影响湍流模型的表现，尤其是壁面边界层的影响。
3.网格质量：网格质量直接影响数值模拟的准确性和稳定性，选用合适的网格类型和尺寸至关重要。
五、如何获取较好的湍流模型模拟结果1.选择合适的湍流模型：根据实际流动特性和需求，选择适合的湍流模型。
Fluent 湍流模型小结
湍流模型目前计算流体力学常用的湍流的数值模拟方法主要有以下三种：⌝直接模拟（direct numerical simulation, DNS）直接数值模拟（DNS）特点在湍流尺度下的网格尺寸内不引入任何封闭模型的前提下对Navier-Stokes方程直接求解。
这种方法能对湍流流动中最小尺度涡进行求解，要对高度复杂的湍流运动进行直接的数值计算，必须采用很小的时间与空间步长，才能分辨出湍流中详细的空间结构及变化剧烈的时间特性。
基于这个原因，DNS目前仅限于相对低的雷诺数中湍流流动模型。
另外，利用DNS模型对湍流运动进行直接的数值模拟对计算工具有很高的要求，计算机的内存及计算速度要非常的高，目前DNS模型还无法应用于工程数值计算，还不能解决工程实际问题。
⌝大涡模拟(large eddy simulation, LES)大涡模拟（LES）是基于网格尺度封闭模型及对大尺度涡进行直接求解N-S方程，其网格尺度比湍流尺度大，可以模拟湍流发展过程的一些细节，但其计算量仍很大，也仅用于比较简单的剪切流运动及管流。
大涡模拟的基础是：湍流的脉动与混合主要是由大尺度的涡造成的，大尺度涡是高度的非各向同性，而且随流动的情形而异。
大尺度的涡通过相互作用把能量传递给小尺度的涡，而小尺度的涡旋主要起到耗散能量的作用，几乎是各向同性的。
这些对涡旋的认识基础就导致了大涡模拟方法的产生。
Les大涡模拟采用非稳态的N-S方程直接模拟大尺度涡，但不计算小尺度涡，小涡对大涡的影响通过近似的模拟来考虑，这种影响称为亚格子Reynolds应力模型。
大多数亚格子Reynolds模型都是将湍流脉动所造成的影响用一个湍流粘性系数，既粘涡性来描述。
LES对计算机的容量和CPU的要求虽然仍然很高，但是远远低于DNS方法对计算机的要求，因而近年来的研究与应用日趋广泛。
⌝应用Reynolds时均方程(Reynolds-averaging equations)的模拟方法许多流体力学的研究和数值模拟的结果表明，可用于工程上现实可行的湍流模拟方法仍然是基于求解Reynolds时均方程及关联量输运方程的湍流模拟方法，即湍流的统观模拟方法。
几种湍流模型及其在FLUENT中的应用_任志安
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几种湍流模型及其在 FLUENT中的应用
几种湍流模型及其在 FLUENT中的应用
任志安 ＊ 郝 点 谢红杰
(中国石油大学 (华东 )机电工程学院 )
摘 要 湍流是一种非常复杂的非稳态流动 , 目前尚未找到对各种流动情况都十分有效的模 型 。 重点阐述了几种常用的湍流模型 , 并分别选用这几种模型对二维离心式鼓风机的空气流 动进行了数值模拟 。结果显示 , 标准 κ-ε湍流模型收敛最快 。说明对于二维简单的充分发 展的湍流运动 , 标准 κ-ε湍流模型更适用 。
得 :Gκ =μtS2 , 其中 , S≡ Sij=12 (xuij+xuji)
2 SijSij,
《化工装备技术 》第 30卷 第 2期 2009年
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1.2 RNGκ-ε湍流模型
RNGκ-ε湍流模型是由 Yakhot和 Orzag提出
的 。在该模型中 , 通过在大尺度运动和修正后的粘
度项体现小尺度的影响 , 而使这些小尺度运动有系
雷诺应力方程模型 (RSM)实质就是根据时均化 法则 , 直接构建表示雷诺应力的输运方程 , 通过对 输运方程中新产生的未知项分别进行模化 , 从而构 成封闭方程组 (具体数学公式省略 , 详见文献 [ 3] )。
FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理
FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理本文内容摘自《精通CFD工程仿真与案例实战》。
实际上也是帮助文档的翻译，英文好的可直接参阅帮助文档。
FLUENT中的湍流模型很多，有单方程模型，双方程模型，雷诺应力模型，转捩模型等等。
这里只针对最常用的模型。
1、湍流模型描述2、湍流模型的选择有两种方法处理近壁面区域。
一种方法，不求解粘性影响内部区域（粘性子层及过渡层），使用一种称之为“wall function”的半经验方法去计算壁面与充分发展湍流区域之间的粘性影响区域。
采用壁面函数法，省去了为壁面的存在而修改湍流模型。
另一种方法，修改湍流模型以使其能够求解近壁粘性影响区域，包括粘性子层。
此处使用的方法即近壁模型。
（近壁模型不需要使用壁面函数，如一些低雷诺数模型，K-W湍流模型是一种典型的近壁湍流模型）。
所有壁面函数（除scalable壁面函数外）的最主要缺点在于：沿壁面法向细化网格时，会导致使数值结果恶化。
当y+小于15时，将会在壁面剪切力及热传递方面逐渐导致产生无界错误。
然而这是若干年前的工业标准，如今ANSYS FLUENT采取了措施提供了更高级的壁面格式，以允许网格细化而不产生结果恶化。
这些y+无关的格式是默认的基于w方程的湍流模型。
对于基于epsilon方程的模型，增强壁面函数（EWT）提供了相同的功能。
这一选项同样是SA模型所默认的，该选项允许用户使其模型与近壁面y+求解无关。
（实际上是这样的：K-W方程是低雷诺数模型，采用网格求解的方式计算近壁面粘性区域，所以加密网格降低y+值不会导致结果恶化。
k-e方程是高雷诺数模型，其要求第一层网格位于湍流充分发展区域，而此时若加密网格导致第一层网格处于粘性子层内，则会造成计算结果恶化。
这时候可以使用增强壁面函数以避免这类问题。
SA模型默认使用增强壁面函数）。
只有当所有的边界层求解都达到要求了才可能获得高质量的壁面边界层数值计算结果。
这一要求比单纯的几个Y+值达到要求更重要。
Fluent湍流模型
Fluent湍流模型1Laminar(层流)似乎和流体力学中讲的一样……2Spalar-Allmaras(1-eqn)：针对动力漩涡粘性；对应一组新的方程，不用计算和剪切应力厚度相关的长度尺寸。
适用于航空领域，壁面束缚流动；也应用于透平机械。
在FLUENT中，Spalart-Allmaras 模型用在网格划分的不是很好时。
需要注意的是Spalart-Allmaras 模型是一种新出现的模型，现在不能断定它适用于所有的复杂的工程流体。
3k-ε模型最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。
它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。
标准k-ε(standard)改进RNG k-ε模型和带旋流k-ε模型。
3.1RNG k-ε模型(RNG)RNG模型在e方程中加了一个条件，有效的改善了精度；考虑到了湍流漩涡，提高了在这方面的精度；RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式，然而标准k-e 模型使用的是用户提供的常数。
然而标准k-e模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。
3.2带旋流修正的k-ε模型（realizable）The realizable k-εmodel isrecommended in cases where flow separation around sharp corners or overbluffbodies can be expected.带旋流修正的k-e模型为湍流粘性增加了一个公式；为耗散率增加了新的传输方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程；带旋流修正的k-e模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。
而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。
带旋流修正的k-e模型和RNG k-e模型都显现出比标准k-e模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。
fluent湍流简述
基于Reynolds时均方程的统观模拟（Reynolds association numerical simulation，RANS）
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基于Reynolds时均方程的统观模拟（RANS）
以上介绍的模型都是基于 Boussinesq 假设，认为湍流粘性系 数各向同性，难于考虑旋转流动及流动方向表面曲率变化的影响， 不适用于复杂流动。
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2.雷诺应力模型（Reynolds Stress Model，RSM）
由各项异性的前提出发，完全抛弃了 Boussinesq 表达式 及 的概念，直接建立以雷诺应力为因变量的微分方程，然 后作适当假设使之封闭。这种模型也称为二阶封闭模型。 应用RSM模型进行计算时，需求解雷诺应力方程。雷诺应 力方程的精确形式如下：
Reynolds-Stress Model
Detached Eddy Simulation
Available in FLUENT 6.2
Large-Eddy Simulation
Direct Numerical Simulation
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Fluent中湍流模型面板
Define Models Viscous...
代数应力模型
1.紊流粘性模型（Eddy-Viscosity Models ，EVM）
引入Boussinesq涡粘性假设，认为雷诺应力与平均速 度梯度成正比，即将Reynolds应力项表示为
U i U j ij u iu j t x xi j
L = x, D, Dh, etc.
如右图所示，当入口 速度V=20m/s时，旋风分 离器入口 Re=164，300
fluent各种湍流方程介绍
FLUENT提供的各类湍流模型介绍以及适用范围（转）本帖最后由 tony 于 2010-11-5 21:06 编辑转自：/lzhais/blog/item/369cab33202cf74aad4b5f9a.htmlThe Spalart-Allmaras模型对于解决动力漩涡粘性，Spalart-Allmaras 模型是相对简单的方程。
它包含了一组新的方程，在这些方程里不必要去计算和剪应力层厚度相关的长度尺度。
Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动，而且已经显示出和好的效果。
在透平机械中的应用也愈加广泛。
在原始形式中Spalart-Allmaras 模型对于低雷诺数模型是十分有效的，要求边界层中粘性影响的区域被适当的解决。
在FLUENT中，Spalart-Allmaras 模型用在网格划分的不是很好时。
这将是最好的选择，当精确的计算在湍流中并不是十分需要时。
再有，在模型中近壁的变量梯度比在k-e模型和k-ω模型中的要小的多。
这也许可以使模型对于数值的误差变得不敏感。
想知道数值误差的具体情况请看5.1.2。
需要注意的是Spalart-Allmaras 模型是一种新出现的模型，现在不能断定它适用于所有的复杂的工程流体。
例如，不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。
还有要注意的是,单方程的模型经常因为对长度的不敏感而受到批评，例如当流动墙壁束缚变为自由剪切流。
标准k-e模型最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。
在FLUENT中，标准k-e模型自从被Launder and Spalding 提出之后，就变成工程流场计算中主要的工具了。
适用范围广、经济，有合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换模拟中有如此广泛的应用了。
它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。
由于人们已经知道了k-e模型适用的范围，因此人们对它加以改造，出现了RNG k-e模型和带旋流修正k-e模型。
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统地从控制方程中去除 。 所得到的 κ方程和 ε方
程 , 与标准的 κ-ε方程非常相似[ 2] :
(ρtκ) +
(ρκui) xi
= xj(ακμeff xκj)+Gκ +Gb -ρε-YM +Sκ
(3)
t(ρε)+ xi(ρεui)
= xj(αεμeff xεj)+C＊ 1ε κε(Gκ +C3εGb)
关键词 湍流模型 FLUENT 数值模拟
0 引言
湍流是一种非常复杂的非稳态三维流动 , 在湍 流中流体的各种物理参数 , 如速度 、 压力 、 温度等 都是随时间与空间而随机变化的 , 是个随机的非线 性过程 , 因而到目前为止 , 尚无完善的理论 。 从物 理结构上说 , 可以把湍流看成由各种不同尺度的涡 旋叠合而成 , 这些涡旋的大小与旋转轴的方向分布 是随机的 [ 1] 。目 前工程上对湍流流 动的数值计算 方法主要有直接数值模拟 、 大涡模拟 、 雷诺时均方 程法 。 其中应用最多的雷诺时均方程法是对 N-S 方程作时间平均 , 再通过时均后的控制方程对湍流 进行计算 。 为了使湍流的平均雷诺方程封闭 , 建立 了不同 的湍流 模型 。本 文将 重点介 绍其中 的标准 κ-ε湍 流 模 型 、 RNGκ-ε湍 流 模 型 、 Realizable κ-ε湍流模型以及雷诺应力方程模型 (RSM)。
= xj
(μ+σμt ε)
ε
xj
+C1ε εκ(Gκ +C3εGb)
-C2ερεκ2 +Sε
(2)
式中 C1ε、C2ε和 C3ε———经验常数 , C1ε =1.44, C2ε =1.92, C3ε =0.09
σκ、σε———湍 动 能 κ和 耗 散 率 ε对 应 的 Prandtl数 , σκ =1.0, σε =1.3
模型的要求是在满足一定预测精度的前提下 , 使用 方便 , 计 算简捷 [ 3] 。 因此 , 今后对 工程湍流 问题 的研究的主要任务就是找出不同湍流模型的适用范 围 , 使之能够满足不同的工程计算要求 。
参 考 文 献
[ 1] 李福田 , 倪浩清 .工程湍流模式 的研究开发及其 应用 [ J] . 水利学报 , 2001, 5 (5):22 -23.
引入了主流的时均 应变率 Eij。 这样在 RNGκ-ε 模型中 C＊ 1ε的值不仅与流动情况有关 , 而且在同一 问题中也是空间坐标的函数 。 RNGκ-ε模型考虑
了流动中的旋转及旋流流动情况 , 可以更好地处理
高应变率及流线弯曲程度较大的流动 。
1.3 Realizableκ-ε模型 Realizableκ-ε模型是由 ShihTH等人在 1995
(下转第 44页 )
44
滚动轴承故障智能诊断技术的研究
分类 , BP网络就可以作为轴承故障状态的分类器 , 并且能有效的进行模 式识别和分类 , 完成智能诊 断 。笔者应用 BP神经网络对轴承故障的智能诊断 技术进行了研究 , 采集了大量的数据样本 , 基本包 含了被测轴承的各种 状态 , 因此取 得了较好的结 果 。当然 BP神经网络也有其自身的局限性 , 但可 以通过改进算法 , 增加和丰富样本数量等方法加以 解决 。 因此 , BP神经网络是一种针对滚动轴承很 有效的智能诊断方法 。
＊任志安 , 男 , 1984年生 , 硕士研究生 。 东营市 , 257061。
标准 κ-ε模型的方程如下 :
湍流动能方程 (κ方程 )
(ρtκ) +
(ρκui) xi
= xj
(μ+σμt κ)
κ xj
+Gκ +Gb -ρε-YM
+Sκ
(1)
耗散方程 (ε方程 )
(ρtε) +
(ρεui) xi
图 6 RSM湍流模型计算残差曲线
结果显示 , 标准 κ-ε湍流模型在 154次迭代 时达到收敛 , 而 Realizableκ-ε模型 、 RNGκ-ε 模型 , RSM模型分别计算 164、 179、 231次才达到 收敛 (收敛准则均为 10-3 )。 当叶轮旋转时 , 叶片中间的气体受离心力的作 用 , 朝着叶轮的边缘运动 , 进入环形空腔 (相当于 离 心风 机 的 涡 壳 )。由图 7 、图 8可 知 , 所 有 流 道
Sκ、Sε———用户定义源项 , 可根据不同情况定 μt———湍流涡粘系数 , μt=ρCμκ2 /ε Gb———由于浮力而引起的湍动能 κ的产生项 YM ———可压湍流中脉动扩张项 Gκ———由 于 速 度 梯 度 引 起 的 应 力 源 项 ,
———
Gκ =-ρu′iu′j( uj/ xi), 经过模化后 ,
年提出的 。 在该方程中 , 关于 κ和 ε的输运方程如
下所示 :
t(ρκ)+ xi(ρκuj)
=
xj
(u+σut κ)
κ xj
+Gκ +Gb -ρε-YM
+Sκ
(5)
t(ρε)+ xi(ρεui)=xj源自(μ+σμt ε)
ε xj
+ρC1 Eε
-ρC2
ε2 κ+
υε+C1ε ε κC3εGb +Sε
图 1 计算模型
图 2 模型网格划分
该鼓风机共 32叶片 , 每个叶片翼长 13.5mm,
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几种湍流模型及其在 FLUENT中的应用
叶片距旋 转中心 位置 56.5mm。 外径 从 80 mm到 146.5 mm对数地变化 。 入口总压 200Pa, 叶片以 角速度 4.35r/min旋转 。 内部流动状况为充分发展 的湍流 。网格划分如图 2所示 。
针对国内透明聚 丙烯市场前景广阔 , 中国石化股份公 司九江石 化公 司及 时抓 住市 场机 遇 , 充 分发 挥 研制 、 开 发 、 生产一条 龙优 势 , 研 发生 产改 性聚 丙 烯专 用料 新 产 品 , 发挥中型工业生产试验生 产装置的作用 , 攻克小试产 品进行工业放大的难 关 , 形成 大批量工业生产改性聚丙烯 专用料的能力 , 并迅 速将科 研成果 转化为商 品行销 市场 。 2008年 , 九江石化公司共生 产聚丙烯 11.32 万 t, 生产 膜 料 T36F、 拉丝 T30S等聚丙烯专用料占总产量的 80%, 不 仅满足了市场需求 , 而且取得 了良好的经济效益 , 成为企 业新的效益增长点 。 九江石化是江西 省内唯一集炼油 、 化肥 、 化工为一体 的国有特大型 石油化 工联 合企 业 , 具有 12 万 t/a聚丙 烯 生产能力 。 改性聚丙烯专用料 是树脂材料中应用最为常见 和活跃的品种 。 聚丙烯通过化 学改性 、 反应注射成型等多 种方法 , 赋予材料高透明 、 高强度等多 种优异的性能 , 改 性聚丙烯专用料 技术含 量 、 产品附 加值 、 性价 比都 很高 , 利润空间也较大 。 九江石化公 司根据市场需求 , 不断创新 在研发聚丙烯专用料 新产品上下工夫 , 重点研发了医用透 明聚丙烯专用料 、 耐辐射聚丙 烯专用料 、 高耐热透明聚丙 烯专用料 、 高刚性聚丙烯专用 料 、 导电 性聚丙烯专用料等 系列产品 。 九江石化公司技术中 心以 “科 技成果 转化为生 产力 ,
雷诺应力方程模型 (RSM)实质就是根据时均化 法则 , 直接构建表示雷诺应力的输运方程 , 通过对 输运方程中新产生的未知项分别进行模化 , 从而构 成封闭方程组 (具体数学公式省略 , 详见文献 [ 3] )。
尽管 RSM模型比 κ-ε模型应用范围广 、 包含 更多的物理机理 , 但它仍有很多缺陷 。 计算实践表 明 , RSM模型虽能 考虑一些各项异性效应 , 但并 不一定比其他模型效果好 , 在计算突扩流动分离区 和计算湍流输运各项 异性较强的流动时 , RSM模 型优于双方程模型 , 但对于一般的回流流动 , RSM 的结果并不一定比 κ-ε模型好 。 2 各种湍流模型在 FLUNET中的应用 问题描述 :二维普通离心式鼓风机 , 如图 1所 示。
得 :Gκ =μtS2 , 其中 , S≡ Sij=12 (xuij+xuji)
2 SijSij,
《化工装备技术 》第 30卷 第 2期 2009年
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1.2 RNGκ-ε湍流模型
RNGκ-ε湍流模型是由 Yakhot和 Orzag提出
的 。在该模型中 , 通过在大尺度运动和修正后的粘
度项体现小尺度的影响 , 而使这些小尺度运动有系
参 考 文 献
[ 1] 梅宏斌 .滚动轴承振动监测与诊断 [ M] .北京 :机械工业 出版社 , 1995.
[ 2] 严新民 , 马建仓, 罗磊 .BP神经网络在滚动轴承早期故障诊断 中的应用 [ J] .机械科学与技术 , 1996, 15 (3):464 -467.
[ 3] 王平 .滚动轴承在线智能诊断仪 [ J] .轴承, 2003, 9:35-38 [ 4] 周志华 , 曹存根 .神经网络及其应用 [ M] .北京 :清华大
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几种湍流模型及其在 FLUENT中的应用
几种湍流模型及其在 FLUENT中的应用
任志安 ＊ 郝 点 谢红杰
(中国石油大学 (华东 )机电工程学院 )
摘 要 湍流是一种非常复杂的非稳态流动 , 目前尚未找到对各种流动情况都十分有效的模 型 。 重点阐述了几种常用的湍流模型 , 并分别选用这几种模型对二维离心式鼓风机的空气流 动进行了数值模拟 。结果显示 , 标准 κ-ε湍流模型收敛最快 。说明对于二维简单的充分发 展的湍流运动 , 标准 κ-ε湍流模型更适用 。
(6)
Realizableκ-ε湍流模型中的 κ方程与标准 κ
方程相似 , 但湍流粘性公式的常数不同 , 使得模型
满足现实性条件 ;而 ε方程却很不相同 , 方程中 源项不再与 κ的生成项 Gk有关 , 雷诺应力项不出 现在该方程中 , 这有利于代表不同尺度涡间能量谱 的传递 。 Realizableκ-ε模型可以有效地用于各种 不同类型的流动模拟 , 包括旋转均匀剪切流 , 包含 射流和混合流的自由流动 , 管道内流动 、 边界层流 动以及带有分离的流动等 。 1.4 雷诺应力方程模型 (RSM)