ansys湍流模型
ANSYS流体流动场分析指南
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：• 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力• 超音速喷管中的流场• 弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN还具有如下功能：• 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布• 研究管路系统中热的层化及分离• 使用混合流研究来估计热冲击的可能性• 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能• 对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：• 层流或紊流• 传热或绝热• 可压缩或不可压缩• 牛顿流或非牛顿流• 多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低速流动就通常是层流。
紊流分析紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。
如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体就可认为是不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度而变，就可不解温度方程。
在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度方程。
在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。
可压缩流分析对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
ansys fluent中文版流体计算工程案例详解
ansys fluent中文版流体计算工程案例详解ANSYS Fluent是一种流体计算动力学软件，可用于解决各种流体力学问题。
本文将详细介绍ANSYS Fluent中文版的流体计算工程案例，包括案例的基本背景、模拟过程和结果分析。
这些案例旨在帮助用户深入了解ANSYS Fluent的使用方法和流体计算工程实践。
一个典型的案例是流体在管道中的流动。
该案例背景是，一根长直管道内有水流动，管道的直径为0.1米，长度为10米。
水的初始速度为1 m/s，管道的壁面是光滑的，管道两端的压差为100Pa。
现在需要使用ANSYS Fluent模拟该流体流动过程，并进一步分析不同参数对流动的影响。
首先，在ANSYS Fluent中创建一个新的仿真项目，并选择“仿真”模块。
在界面上点击“新建”按钮，在弹出的对话框中填写相应的参数，例如案例名称、计算器类型和尺寸单位。
点击“确定”后，进入模拟设置页面。
首先，需要定义获得流动场稳定解所需的物理模型和求解方法。
在“物理模型”选项卡中，选择“连续相”和“非恒定模型”。
在“湍流模型”中选择某种适合的模型，例如k-ε模型。
在“重力”选项卡中，定义流体的密度和重力加速度。
接下来，在“模型”选项卡中，定义管道的几何和边界条件。
选择“管道”作为流体领域的几何模型，并定义长度、直径和内壁面的润滑系数。
在“边界”选项卡中，定义管道两端的入口和出口条件，例如速度和压力。
将管道两端的压力差设置为100Pa，在入口处设置水的初始速度为1 m/s。
在出口处选择“出流”边界条件。
完成几何和边界条件的定义后，点击“模拟”选项卡进入模拟设置界面。
在“求解控制”中，设置计算时间步长和迭代次数。
选择合适的网格划分方法，并进行网格划分。
点击“网格”选项卡，选择合适的网格类型，并进行网格划分。
在划分网格后，可以使用“导入”按钮导入网格文件，并进行网格优化。
完成设置后，点击“计算”按钮开始进行模拟计算。
在计算过程中，可以实时观察流体场的变化情况，并通过Fluent Post-processing工具进行结果分析。
ANSYS-FLOTRAN分析指南F5-FLOTRAN层流和湍流分析算例
第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例一、问题描述二、分析方法及假定三、几何尺寸及流体性质四、分析过程第1步：进入ANSYS第2步：设置分析选择第3步：定义单元类型第4步：生成分析区域的几何面第5步：定义单元形状第6步：划分有限元网格第7步：生成并应用新的工具栏按钮第8步：施加边界条件第9步：求解层流第10步：观察层流分析的结果第11步：确定流体粘性如何影响流场特性第12步：进行湍流分析第13步：对新的出口区划分网格第14步：施加湍流分析的载荷第15步：改变FLOTRAN分析选项和流体性第16步：进行求解第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示第18步：绘制压力等值线图第19步：退出ANSYS问题描述该算例是一个二维的导流管分析，先分析一个雷诺数为400的层流情况，然后改变流场参数再重新分析，最后再扩大分析区域来计算其湍流情况。
该算例所用单位制为国际单位制。
分析区域图示如下：分析方法及假定用FLUID141单元来作二维分析，本算例作了如下三个分析：·雷诺数为400的假想流的层流分析·降低流体粘性后（即增大雷诺数）的假想流的层流分析·雷诺数约为260000的空气流的湍流分析分析时假定进口速度均匀，并且垂直于进口流场方向上的流体速度为零。
在所有壁面上施加无滑移边界条件（即所有速度分量都为零）；假定流体不可压缩，并且其性质为恒值，在这种情况下，压力就可只考虑相对值，因此在出口处施加的压力边界条件是相对压力为零。
第一次分析时，流场为层流，着可以通过雷诺数来判定，其公式如下：第二次分析时，将流体粘性降低到原来的十分之一（雷诺数相应增大）后再在第一次分析的基础上重启动分析对于内流来说，当雷诺数达到2000至3000时，流场即由层流过渡到湍流，故第三次分析（空气流，雷诺数约为260000）时，流场是湍流。
对于湍流分析，上图所示的导流管的后端应加长，以使流场能得到充分发展。
ANSYS流体流动场分析指南
ANSYS流体流动场分析指南ANSYS是一款强大的工程仿真软件，可以用于流体力学分析。
在进行流体流动场分析之前，我们需要进行一系列准备工作，包括建立几何模型、网格划分、设定物理模型、设定求解器和后处理结果等。
下面是ANSYS流体流动场分析的详细指南。
1.建立几何模型：在进行流体流动场分析之前，我们需要先建立几何模型来描述流体流动的几何形状。
可以使用ANSYS提供的几何建模工具（如DesignModeler）或导入外部几何模型。
2.网格划分：在建立几何模型之后，需要对几何体进行网格划分，将其分割为有限的小单元。
ANSYS提供了多种网格划分工具（如ICEMCFD），可根据具体问题选择合适的划分方法和参数。
3.设定物理模型：在进行流体流动场分析之前，需要设定物理模型，包括流体的性质（如密度、粘度）、边界条件（如入口速度、出口压力）和物理现象（如湍流、传热）。
可以根据具体问题选择合适的物理模型和参数。
4.设定求解器：在设定了几何模型、网格和物理模型之后，需要选择合适的求解器来求解流体力学方程。
ANSYS提供了多种求解器（如FLUENT），可根据具体问题选择合适的求解器和求解方法。
5.设置求解参数：在进行流体流动场分析之前，需要对求解器进行进一步的设置，包括时间步长、收敛准则和数值格式等。
这些参数的选择将直接影响计算结果的准确性和计算效率。
6.进行数值模拟：在完成前面的准备工作之后，可以开始进行数值模拟，求解流体力学方程，得到流场的分布情况。
可以通过单步计算或迭代计算的方式进行求解，直到满足收敛准则为止。
7.后处理结果：在完成数值模拟之后，需要对计算结果进行后处理，包括流场的可视化、数据的提取和分析。
ANSYS提供了强大的后处理工具，如CFD-Post，可以对计算结果进行可视化、动画展示和数据分析。
在进行流体流动场分析时，还需要注意以下几点：1.网格的质量：网格质量对于计算结果的准确性和计算效率至关重要，应尽量避免生成糟糕的网格，特别是在流动区域和边界层附近。
ANSYS流体流动场分析指南
ANSYS流体流动场分析指南概述：ANSYS是一款广泛应用于工程领域的仿真软件，其中包括了流体力学领域的流动场分析。
流动场分析是一种应用数值方法对流动现象进行建模和计算的过程，通过模拟流体在不同条件下的流动行为，可以预测流体的速度、压力、温度等参数，进而对工程问题进行分析和优化。
本指南将重点介绍如何使用ANSYS进行流体流动场分析，包括建模、网格生成、边界条件设置、物理模型选择、求解和结果后处理等方面的内容。
一、建模在进行流动场分析之前，首先需要进行建模。
ANSYS提供了多种建模工具，包括几何实体建模、CAD导入、参数化建模等。
用户可以根据实际需求选择相应的建模工具进行建模。
建模的目标是根据流体流动现象的特点和实际工程问题的要求来构建合适的模型。
二、网格生成在完成建模后，需要对模型进行网格生成。
网格生成是将模型离散为有限单元或有限体积的过程，决定了后续数值计算的准确度和计算效率。
ANSYS提供了多种网格生成工具，包括刚体网格生成、自适应网格生成等。
用户可以选择相应的网格生成工具根据实际需求和模型特点生成合适的网格。
三、边界条件设置在进行流动场分析之前，需要设置合适的边界条件。
边界条件包括流体的入口条件、出口条件、壁面条件等。
对于入口条件，需要指定流体的入口速度、入口压力或流量等；对于出口条件，需要指定出口压力或出口速度等；对于壁面条件，如模型表面的摩擦、换热等效应，需要指定相应的条件。
四、物理模型选择在ANSYS中，可以选择多种不同的物理模型来进行流动场分析。
常用的物理模型包括静流动、稳流动、湍流流动、多相流动等。
用户需要根据流动现象的实际特点和要求选择合适的物理模型。
五、求解在设置完边界条件和物理模型后，可以进行数值计算求解流动场。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限体积法、有限元法等。
用户可以根据模型的特点和求解要求选择相应的求解器进行求解。
六、结果后处理在求解完成后，可以对结果进行后处理分析。
【ANSYS Fluent培训】8-湍流模型
Reynolds stress models Quadratic pressure-strain RSM model
Stress-omega RSM model Scale-Adaptive Simulation (SAS) model
Detached eddy simulation (DES) mode Large eddy simulation (LES) model
• RSM 对复杂的 3D湍流流动更有效，但是模型更加复杂， 计算强度更大 ， 比涡粘模型更难收敛
2、 RANS 模拟
计算湍流粘性
• 基于量纲分析， μT 能够由 湍流时间尺度 (或速度尺度) 和空间尺度来决 定
• 湍流动能 [L2/T2] • 湍流耗散率 [L2/T3] • 比耗散率 [1/T]
• 为气动领域设计的，包括封闭腔内流动
•
– 可以很好计算有反向压力梯度的边界层流动
•
– 在旋转机械方面应用很广
• 对于有壁面边界空气动力学流动应用较好
• 在有逆压梯度的情况下给出了较好的结果
• 在涡轮机应用中很广泛
• 局限性
•
– 不可用于所有类型的复杂工程流动
•
– 不能预测各向同性湍流的耗散
3、Spalart-Allmaras 模型
Spalart-Allmaras 模型为单方程湍流模型：
湍流粘度：
湍流产生项
Spalart-Allmaras 模型默认常数
3、Spalart-Allmaras 模型
激活Spalart-Allmaras 模型的方法如下： 1）选择粘性模型面板中的 Spalart-Allmaras（1 equ）； 2）选择Spalart-Allmaras模型中产生湍流 方法：Vorticity-Based； Strain/Vorticity-Based； 3）设置模型常数（Model Constants）
CFX培训教材07湍流模型
什么是湍流
非稳定的, 不规则的(非周期性的) 流体运动，且传输量(质量, 动 量, 标量)在时间和空间上波动
– 可以确认的涡流模式，刻画的湍流涡特征 – 增强混合(物质, 动量, 能量, 等.)效果
流动性质和速度表现出无规则变化
– 宏观上，是在紊流的传输机制下统计平均的结果 – 这样的特征可以采用湍流模型模化
这里 Ra g L3 T 2 Cp g L3 T 为Rayleigh数
k
Pr Cp k
为Prandtl数
雷诺观察的试验
层流Laminar
(低雷诺数)
转捩Transition
(逐渐增大雷诺数)
湍流Turbulent
(高雷诺数)
湍流流动结构
Small structures
Large structures
2) Detached Eddy Simulation (DES)* [transient]
3) Scale Adaptive Simulation SST (SAS)* [transient]
* Not available in the ANSYS CFD-Flo product
1) Zero Equation model. 2) Standard k-ε model. 3) RNG k-ε model. 4) Standard k-ω model.
1) LRR Reynolds Stress 2) QI Reynolds Stress 3) Speziale, Sarkar and Gatski Reynolds Stress 4) SMC-ω model
能量串Richardson (1922)
流体力学课作业 ansys模型分析
T型管三通流体动力学分析题目： T型管三通流体动力学分析小组成员：学院、专业班：时间：指导教师：目录摘要 (2)关键字 (2)前言 (2)正文 (2)一、建立模型 (3)1、绘制模型立体图 (3)2、划分网格 (4)3、输入参数 (4)4、计算 (6)二、分析 (7)1、压强 (7)2、速度 (8)3、温度 (10)三、总结 (11)摘要为了加深对工程流体力学基本概念和基本理论的理解，本组依照指导进行了此次实验。
为明确冷水、热水在管内如何混合，混合后的运动状态和特性，我们选取了三通管为模型。
将三通管注入冷水和热水，汇合后通入大气中。
通过假设将其简化后研究其内部流体运动状态的变化。
结合压强、管道的属性、水的速度温度及能量损失等问题，应用软件模型计算得到了三通管道内部的流场分布，并对三通管内道内流动的特性进行分析，得出了三通管道紊流流动的计算结果。
关键字三通管、混合过程、运动状态、能量损失前言工程流体力学是研究流体受力及其运动规律的一门学科，侧重于应用流体力学的基本原理、理论与方法研究解决实际问题。
它以流体为研究对象，是研究流体平衡和运动规律的科学。
流体力学在水利、航空、电力、机械、冶金、化学、石油、土木等工业技术中有广泛的应用。
对口于本专业的机械工业中的润滑、冷却、液压传动、气力输送以及液压和气动控制问题的解决，都必须应用流体力学的理论。
因此它是我们理解掌握现代化工程勘测、设计、运行与管理的知识基础，也是我们继续深造及将来从事研究工作的重要工具。
为深入学习流体力学，培养建模能力和分析实例的能力，培养理论联系实际、实事求是、严格认真的科学态度，本组成员积极配合开展了此次实验。
正文本组研究的流体类型为水，研究围绕三通管内的冷热水混合进行。
为节省实验研究的时间和经费，我们采用数值计算方法来研究该问题。
通过软件模拟对其进行定性分析。
主要研究黏性流体在等速有温差的条件下产生的局部损失和沿程损失及其动量变化。
ANSYS FLUENT 介绍
想起CFD，人们总会想起FLUENT，丰富的物理模型使其应用广泛，从机翼空气流动到熔炉燃烧，从鼓泡塔到玻璃制造，从血液流动到半导体生产，从洁净室到污水处理工厂的设计，另外软件强大的模拟能力还扩展了在旋转机械，气动噪声，内燃机和多相流系统等领域的应用。
今天，全球数以千计的公司得益于FLUENT的这一工程设计与分析软件，它在多物理场方面的模拟能力使其应用范围非常广泛，是目前功能最全的CFD软件。
FLUENT因其用户界面友好，算法健壮，新用户容易上手等优点一直在用户中有着良好的口碑。
长期以来，功能强大的模块，易用性和专业的技术支持所有这些因素使得FLUENT受到企业的青睐。
网格技术，数值技术，并行计算计算网格是任何CFD计算的核心，它通常把计算域划分为几千甚至几百万个单元，在单元上计算并存储求解变量，FLUENT使用非结构化网格技术，这就意味着可以有各种各样的网格单元：二维的四边形和三角形单元，三维的四面体核心单元、六面体核心单元、棱柱和多面体单元。
这些网格可以使用FLUENT的前处理软件GAMBIT自动生成，也可以选择在ICEM CFD工具中生成。
在目前的CFD市场， FLUENT以其在非结构网格的基础上提供丰富物理模型而著称，久经考验的数值算法和鲁棒性极好的求解器保证了计算结果的精度，新的NITA算法大大减少了求解瞬态问题的所需时间，成熟的并行计算能力适用于NT，Linux或Unix平台，而且既适用单机的多处理器又适用网络联接的多台机器。
动态加载平衡功能自动监测并分析并行性能，通过调整各处理器间的网格分配平衡各CPU的计算负载。
湍流和噪声模型FLUENT的湍流模型一直处于商业CFD软件的前沿，它提供的丰富的湍流模型中有经常使用到的湍流模型、针对强旋流和各相异性流的雷诺应力模型等，随着计算机能力的显著提高，FLUENT已经将大涡模拟（LES）纳入其标准模块，并且开发了更加高效的分离涡模型（DES），FLUENT提供的壁面函数和加强壁面处理的方法可以很好地处理壁面附近的流动问题。
3.6.5在ANSYSFLUENT中设定湍流模型[共4页]
![3.6.5在ANSYSFLUENT中设定湍流模型[共4页]](https://img.taocdn.com/s3/m/bea6bf55ce84b9d528ea81c758f5f61fb736288d.png)
3.6.5在ANSYSFLUENT中设定湍流模型[共4页]FLUENT基础与操作第 3 章程模型，只有一个湍流输运方程被求解。
k-ε模型相比于Spalart-Allmaras模型需要更多的计算资源，因为作为两方程模型，k-ε模型多求解了一个方程。
可实现k-ε模型的计算资源比标准k-ε模型稍多。
而由于额外的脉动项的处理和高度非线性，RNG k-ε模型的计算资源需求比标准k-ε模型多10%～15%。
与k-ε模型类似，k-ω模型也是两方程模型，其计算资源需求与k-ε模型类似。
相比于k-ε模型和k-ω模型，因为RSM模型需要求解更多数量的输运方程，其需要的内存容量和CPU时间更多。
ANSYS FLUENT运用精心设计的算法，减少了每步迭代所需的CPU时间。
一般而言，ANSYS FLUENT中的RSM模型相比k-ε模型和k-ω模型增加了50%～60%的CPU时间和15%～20%的内存容量。
除了时间，湍流模型的选择也影响FLUENT的计算。
比如标准k-ε模型是专为轻微的扩散设计的，然而RNG k-ε模型是为高张力引起的湍流粘度降低问题而设计的，这就是RNG模型的缺点。
同样，RSM模型需要比k-ε模型和k-ω模型更多的时间，因为它要联合雷诺压力和层流。
3.6.4 壁面函数的选择FLUENT提供了多种壁面函数处理方式，如标准壁面函数法、非平衡壁面函数法和增强壁面处理。
标准壁面函数法利用对数校正法提供了必需的壁面边界条件（对于平衡湍流边界层）。
而非平衡壁面函数法用来改善高压力梯度、分离、再附和滞止等情况下的结果。
标准壁面函数法和非平衡壁面函数法都允许在近壁面区域上使用相对较粗的网格。
对于大多数高雷诺数情况使用标准的或者非平衡的壁面函数（Re > 106）。
增强壁面处理选项把混合边界模型和两层边界模型结合起来，对低雷诺数流动或者复杂近壁面现象很适合，湍流模型在内层上得到了修正。
表3-3所示为壁面处理方法的比较，用户可以根据不同的应用场合选择对应的壁面函数。
ansysFLUENT湍流模型
– 湍流强度和水力直径（主要适合内流） – 湍流强大和粘性比（主要适合外流）
例一，钝体平板流
用四种不同的湍流模型模拟了绕过钝体平板的流动
– 8,700 个四边形网格，在回流再附着区和前缘附近加密 – 非平衡边界层处理
U0
xR
ReD 50,000
尺度化壁面函数
实际上，很多使用者难以保证 30 < y+ < 30–500
常规的壁面函数是精度的主要限制之一，壁面函数对近壁面网格尺寸 很敏感，而且随着网格加密，精度不一定总是提高。同时，加强的壁面 函数计算代价很高
Scalable Wall Functions – 对 k–ε 模型， 尺度化壁面函数假设壁面和粘性子层的边界是一致的， 因此，流体单元总是位于粘性子层之上，这样可以避免由于近壁面网格 加密导致的不连续性 (注意： k–ω, SST 和 S-A 模型的近壁面是自动处 理的，不能使用尺度化壁面函数）
Increase in Computational
Cost Per Iteration
Spalart-Allmaras (S-A) 模型
SA模型求解修正涡粘系数的一个输运方程，计算量小 – 修正后，涡粘系数在近壁面处容易求解
主要应用于气动/旋转机械等流动分离很小的领域，如绕过机翼的超音 速/跨音速流动，边界层流动等
近壁面网格要求
标准壁面函数，非平衡壁面函数: – y+ 值应介于 30 到 300–500之间 – 网格尺度递增系数应不大于 1.2
加强壁面函数的选择： – 结合了壁面定律和两层区域模型 – 适用于雷诺数流动和近壁面现象复杂的 流动 – 在边界层内层对k–ε 模型修正 – 一般要求近壁面网格能解析粘性子层 (y+ < 5, 以及边界层内层有 10–15 层网 格)
使用ANSYSCFX进行流体力学模拟入门
使用ANSYSCFX进行流体力学模拟入门一、流体力学介绍流体力学是研究流体的运动规律以及液体和气体在外力作用下的行为的科学。
在工程领域中，流体力学模拟是一种有效的分析方法，可以预测和理解流体的行为，以帮助设计和优化流体系统。
在本文中，我们将介绍使用ANSYS CFX进行流体力学模拟的入门知识。
二、ANSYS CFX简介ANSYS CFX是一种流体力学模拟软件，它可以对各种流动和传热问题进行模拟和分析。
它利用计算流体动力学（CFD）技术，通过数值方法对流体力学问题进行求解。
CFX具有强大的求解器和后处理功能，可以模拟复杂的流体现象，并提供详细的结果分析。
三、CFD模拟基本步骤1. 几何建模：在进行流体力学模拟之前，需要创建一个几何模型，用于描述流体系统的形状和边界条件。
可以使用ANSYS DesignModeler等工具进行几何建模。
2. 网格生成：为了进行数值求解，需要将几何模型离散化为网格。
网格的质量和细度对模拟结果有很大影响，因此需要根据具体问题进行合理的网格划分。
ANSYS CFX提供了自动网格生成工具，也支持导入其他网格生成软件生成的网格。
3. 物理模型：根据具体问题，选择合适的物理模型和边界条件。
ANSYS CFX提供了各种模型和边界条件选项，如湍流模型、传热模型、流体材料属性等。
根据具体需求进行设置。
4. 数值求解：在设定好物理模型和边界条件后，可以进行数值求解。
ANSYS CFX提供了强大的求解器，可以根据设定自动求解流体力学问题。
求解过程需要进行收敛准则的设置，以确保数值计算稳定。
5. 后处理：模拟完成后，可以对结果进行后处理和分析。
ANSYS CFX提供了丰富的后处理工具，可以进行流场可视化、数据提取和结果分析等操作。
可以根据需求生成报告和图表，以帮助理解和解释模拟结果。
四、案例分析：CFD模拟流过汽车的空气流动以汽车流动为例，介绍使用ANSYS CFX进行CFD模拟的基本步骤和注意事项。
胡言｜ANSYSCFD湍流应用指南
胡言｜ANSYSCFD湍流应用指南本文描述ANSYS CFD中湍流应用指南。
以下内容翻译自ANSYS官方提供的培训PPT。
1 RANS湍流模型1.1 选择何种模型ANSYS Fluent和ANSYS CFX中的许多RANS模型及其变种是历史发展的结果ANSYS推荐采用k-w家族的模型，原因包括最准确和稳健的格式最简单及最优的壁面处理(y -不敏感)与软件中的其他模型的兼容性更好，特别是层流湍流转捩模型更好的灵活性（SST模型中调整系数a1，在大范围的流动条件下调整GEKO模型）所有现有的模型(如k-epsilon模型等)将在未来得到支持，但进展有限现有的k-e模型可以转换为GEKO模型1.2 ω方程集成平台湍流模型需要一个基本的尺度方程在ANSYS CFD中，ω-方程符合这个目的推荐采用的家族模型SST/BSLGEKORSM-ω1.3 在k-w模型族中选择1、涡粘模型SST好的起点整体分离预测相当准确可通过参数a1调整边界层分离的灵敏度(增加a1会延迟分离，a1>0.4与BSL模型本质上相同) GEKO提供范围广泛的校正系数，可以全局或局部调整能够模拟其他模型（如SST、k-epsilon等）2、EARSM/RSM模型EARSM-WJ(Fluent中的β)能够与BSL或GEKO模型结合使用对一些角区流动分离问题进行改进，不过没有额外的曲率校正，对涡流或曲率没有任何好处RSM与BSL模型联合使用潜在改进包括：角区流动分离、包含旋转或曲率流动、不同流动特性的复杂相互作用经常存在稳健性问题1.4 模拟之前需要问的问题流动是否可以由RANS模型的子模型描述？若可以，则选择RANS模型的子选项若不能，是否可以通过调整GEKO模型的一些选项以适应流动？若不行，则使用SRS模型（如SBES）流动雷诺数多少？在中等Re数(1E4-1E6)和边界层的情况下，是否需要包括层流湍流转捩？是否应该激活Curvature Correction?是否需要考虑额外的物理现象（浮力、壁面粗糙度等）？需要包括多少几何？需要在多远的地方设置边界？我是否应该测试这些决定的影响？模拟的网格划分要求是什么？时间尺度/成本是多少？能否负担得起网格细化研究？或者以前做过类似的研究吗?边界条件有多精确？否需要对边界的变化进行敏感性研究？什么是最优解算器/数值设置？对于稳态计算，非收敛的计算结果应当谨慎处理。
ansys CFX 功能介绍
CFX 是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD 软件，是英国AEATechnology 公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX 一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD 技术的不断发展。
目前，CFX 已经遍及航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等领域，为其在全球6000多个用户解决了大量的实际问题。
回顾C F X 发展的重要里程，总是伴随着她对革命性的C F D 新技术的研发和应用。
1995年，CFX 收购了旋转机械领域著名的加拿大ASC 公司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块—CFX-Tascflow ，CFX-Tascflow 一直占据着80%以上的旋转机械CFD 市场份额。
同年，CFX 成功突破了CFD 领域的在算法上的又一大技术障碍，推出了全隐式多网格耦合算法，该算法以其稳健的收敛性能和优异的运算速度，成为CFD 技术发展的重要里程碑。
CFX 一直和许多工业和大型研究项目保持着广泛的合作，这种合作确保了CFX 能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得CFX 可以及时加入最先进的物理模型和数值算法。
作为CFX 的前处理器，ICEM CFD 优异的网格技术进一步确保CFX 的模拟结果精确而可靠。
2003年，CFX 加入了全球最大的CAE 仿真软件ANSYS 的大家庭中并正式更名为ANSYS CFX 。
我们的用户将会得到包括从固体力学、流体力学、传热学、电学、磁学等在内的多物理场及多场耦合整体解决方案。
ANSYS CFX 将永远和我们的用户伙伴一起，用最先进的技术手段，不断揭开我们身边真实物理世界的神秘面纱。
产品关键词发展历史● 精确的数值方法● 快速稳健的求解技术● 丰富的物理模型● 领先的流固耦合技术● 集成环境与优化技术● 专业的旋转机械流动分析模块● 先进的网格技术ANSYS CFX产品特色ANSYS CFX是全球第一个在复杂几何、网格、求解这三个CFD传统瓶径问题上均获得重大突破的商业CFD软件。
ANSYS FLUENT 15.0 V2F湍流模型手册(en)
Chapter 1: Introduction
Successful modeling of the separation of fluid from a curved surface (for example, the suction side of an airfoil) depends on the ability to correctly predict the stall angle. For such cases, eddy-viscosity turbulence models, such as the - ¡ models, are not satisfactory because they can sometimes overpredict the turbulence kinetic energy and are not sensitive to the interaction between streamline curvature and turbulence anisotropy. The Reynolds-stress model (RSM), on the other hand, accounts for several turbulence features that are not well predicted by eddy-viscosity models, but is substantially more complex and sometimes is numerically unstable.
Third-Party Software
See the legal information in the product help files for the complete Legal Notice for ANSYS proprietary software and third-party software. If you are unable to access the Legal Notice, please contact ANSYS, Inc. Published in the U.S.A.
CFX培训教材07湍流模型
– 瞬时速度ui, 可以分解为时均速度和脉动速度
1 n 1
N
ui
n
x, t
ui x, t
uix, t
ui x, t
ui x, t ui x, t uix, t
P T ( htot ) ( htotu j ) (ui ij ) t x j t x j x j
ui u j 2 ui ij ij x j xi 3 x j
这里
1 htot h ui2 2
CFX中的湍流模型
CFX中提供了大量的湍流模型, 一些模型有特定的的应用范围， 而一些模型可以应用于更广的范围
RANS涡粘模型:
1) Zero Equation model. 2) Standard k-ε model. 3) RNG k-ε model. 4) Standard k-ω model. 5) Baseline (BSL) zonal k-ω based model. 6) SST zonal k-ω based model. 7) (k-ε)1E model.
自然对流 Ra 109 Pr
2 3 g L3 T C p g L T Ra 为Rayleigh数 k Cp Pr 为Prandtl数 k
这里
雷诺观察的试验
层流Laminar
(低雷诺数)
转捩Transition
(逐渐增大雷诺数)
湍流Turbulent
流动可以通过Reynolds数进行描述, Re
外部流动
这里 Re L
Re x 500,000
ansys湍流模型
40
30
Freestream Velocity = 140 km/h
20
Experimental data
10
SAS model
0
10
100
1000
Frequency [Hz]
140
130
120
110
100
90
80
70
60 Sensor 123
50
40
30
20
Freestream Velocity = 140 km/h
2
1
2
L2 t
U
''2
3
k
y
t
y
• With:
k L t c1/4
U'
Ui Ui ; x j x j
U ''
2Ui 2Ui ; x jx j xkxk
LvK
U' U ''
L
~
U 2U
/ y / y2
LvK
MTU涡轮叶片冷却验证案例
• RANS 和 URANS 都不 能精确预测叶片后部的 冷热气混合
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)
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）
CFX培训教材07湍流模型
k-omega 模型l
k- 模型
– k-模型的一个优势就是对低雷诺数流动计算的时候对壁面的处理
• 这里的低雷诺数是指粘性子层内湍流雷诺数, 而非装置的雷诺数 • 换句话说， “低雷诺数流动计算” 是指近壁面网格足够好，足以求解 边界层内的粘性层流部分
– 低雷诺数 k- 模型要求y+ <= 2
注意到在Navier-Stokes控制方程中，没有湍流方程！
模拟湍流的方法
直接数值模拟(DNS) – 理论上，所有湍流(和层流/转捩)都可以通过求解完全的Navier-Stokes方程进行数值求解 – 求解整个尺度谱. 无模型要求 – 计算代价过大! 对工业流动并不实际
大涡模拟(LES)类模型 – 求解空间平均的N-S方程 – 直接模拟大的涡, 而比网格小的涡通过模型模化 – 较DNS计算代价小, 但是对大多数运用来说，计算资源及计算代价依然较高
CFX中的湍流模型
CFX中提供了大量的湍流模型, 一些模型有特定的的应用范围， 而一些模型可以应用于更广的范围
RANS涡粘模型:
1) Zero Equation model. 2) Standard k-ε model. 3) RNG k-ε model. 4) Standard k-ω model. 5) Baseline (BSL) zonal k-ω based model. 6) SST zonal k-ω based model. 7) (k-ε)1E model.
壁网格的基础上得到有效的结果
• 充分利用低雷诺数模型的优势时，需要 y+ < 2
y+估算
求解之前，应进行y+ 的估算
– 节省时间!
对平板流动，采用下列公式:
湍流建模04高级涡粘模型-下
湍流建模04高级涡粘模型-下导读：高级涡粘模型-下。
介绍广义的k-模型。
双方程模型是工业计算流体力学研究的主力，通常有5个系数，可以校准以匹配物理现象。
它们被校准为：•平板边界层（对数层）；•选定的自由剪切流（平面混合层、平面射流）；•自由流中衰减的湍流。
用户无法改变这些模型，如果改变了模型，就改变了模型的基本校准值。
工业模型现状优点：•允许覆盖不同的流场景（针对不同类型的流动的不同模型）•用户有优先的模型——通常是出于历史原因•出于市场营销的原因(CFD公司喜欢有自己的造型“风格”)不足：•模型的选择会让用户出现混淆，并且所选模型经常不是最佳模型；•很难比较不同的CFD代码；•对于多个模型，很难实现实施质量/一致性：存在与大量子模型的相互作用(y+不敏感的壁处理，粗糙的壁，浮力，过渡，EARSM/RSM，DES/SBES，数值…)是否应确立双方程湍流模型，用一个模型替换其他湍流模型，这个模型需要更加的灵活！GEKO模型GEKO模型的起点是包括交叉扩散项的k-模型：函数F1、F2和F3包含6个自由系数：•：改变流动分离行为；•：改变自由剪切流的扩散速率；•：改变近壁行为；•：优化自由射流；•：影响角流；•：曲率修正。
对平板边界流层计算模型的分离系数、近壁系数$C_{NW}做了很大改变，壁面剪切力的分布基本保持相同。
•意味这些系数都是自由系数，不会破坏基本模型的校正。
改变中间流场系数：在计算平板流时，前40%结果=1，后60%结果=1：在分布图中只能观察到小小突起，但对整体分布并不会带来影响。
k-w模型的自由流敏感同样是平板流动，当交叉扩散项CD太小（或为零）的情况下，k-模型对剪切层外的值高度敏感。
如果改变的自由流指值，无量纲湍流粘度会发生巨大变化：但在GEKO模型中，同样的操作，并不会对结果造成明显的影响。
分离系数机翼外层流动会存在分离运动：如果将分离系数由1变到2.5，可以通过GEKO模型求得新解。
20.3.2 湍流分析_ANSYS 有限元分析从入门到精通_[共2页]
![20.3.2 湍流分析_ANSYS 有限元分析从入门到精通_[共2页]](https://img.taocdn.com/s3/m/b744586065ce050877321311.png)
328ANSYS有限元分析从入门到精通 fldata15,pres,refe,14.7,fldata14,temp,nomi,70,fldata14,temp,ttot,70,fldata14,temp,bulk,70,toffset,460,solvefini/post1set,last/vscale,1,1,0plvect,v, , , ,vect,elem,on,0/efacet,1plnsol,ptot,, 0path,outlet,2,30,20,ppath,1,316ppath,2,296pdef,VELOCITY,v,x,avg/pbc,path, ,0plpath,VELOCITY20.3.2 湍流分析在上例中将流体进口速度由1.0 m/s 增加到50m/s ，同时出口长度由原来的4m 增加到34m ，由雷诺数判定公式e h vD R ρμ=，密度 1.21e-7ρ=，流速50v =，hydraulic diameter （水力直径）2h D =，粘度 2.642e-9μ=。
可以确定该问题的雷诺数为4600>3000，即此时流场处于湍流状态，应该采用湍流模型来进行分析。
由于篇幅原因，这里不再详述菜单操作过程，只给出具体的命令流，湍流情况下的流畅矢量图、总的压力分布图以及出口路径上的速度分布图分别如图20-8～图20-10所示。
图20-8 湍流流场矢量图 图20-9 湍流总的压力分布图 命令流如下：/clear,start/title,turbulence flow analysis/filname,turbulence flow/prep7et,1,141rect,,4,,1rect,10,40,,2.5L2TAN,-3,-7a,3,2,5,8。
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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
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)
Fonset 启动转涙：
Re
~ ~ U R et Ret j P t t x j x j
P t ct
~ Ret t t x j
LES 模拟与RANS模拟的比较
• 单个压气机叶片 (Re=105-106) • 需要解析边界层的湍流 • 需要解析层流到湍流的转涙
Method
Number of Cells
Number of time steps
Inner loops per Dt.
CPU Ratio
RANS LES
~106 ~109
2.2
2.2
k-epsilon
Total Pressure Ratio
2.1
experiment k-e Mesh1 k-e Mesh2 k-e Mesh3
SST
Total Pressure Ratio
2.1
experiment SST Mesh1 SST Mesh2 SST Mesh3
2.2
SST-TM
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
Laminar Flow
Fully Turbulent
• 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
SRS
(Scale Resolving Simulations)
RANS
(Reynolds Averaged Navier-Stokes Simulations)
•直接数值求解完全 •包括大涡模拟、混 •求解雷诺平均NS方程组 的瞬态NS方程组 合大涡模拟 • 可以选择稳态求解 •不需要模型 •较大的涡直接求 •所有湍流都用模型模拟 解，比网格小的涡 • 目前仅做为研究工 用模型模拟。 • 是目前工业界应用最 具 广泛的方法 •本质上是瞬态方法
SPL [dB]
80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 100 Frequency [Hz]
– Large Eddy Simulation (LES) – Detached Eddy Simulation (DES) – Wall-modelled LES (WMLES) – Embedded and Zonal LES (ELES, ZFLES) – Scale-Adaptive Simulation (SAS) – Other RANS-LES hybrids
Eurocopter 验证案例
Turbulent Transitional
Red: Isosurface of reverse flow
Transition
Laminar Flow
Rex = 30 million
Eurocopter 验证案例
Blue = Laminar Red = Turbulent
RANS
Lt cD
?
LES
Lt cD
SAS 和 DES
• SAS 模型类似于DES，但不需要和网格信息关联
• 避免了DES的主要困难 – 在LES和RANS区域的界面 上，由于网格引起的分离
DES: U
cSAS L' /
RANS
LES based on D
cSAS L' /
t
Re
~ R et 1.0 F t t
平板流动验证案例
T3A: FSTI = 3.5 % (~ 39000 hexahedra)
Mesh guidelines: • y+ < 1 • wall normal expansion ratio ~1.1 • good resolution of streamwise direction
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 % Flap transition: CFX = 0.909 Exp. = 0.931 Error: 2.2 %
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
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
– 带有大分离区的流动（机翼失速、建 筑物绕流、不稳定漩涡流动等）
• 获得更多的附加信息
– 声学 – 声学频谱信息通过RANS模拟 不能获得 – 涡气蚀 – 漩涡里的低压引起气蚀，需 要精确解析漩涡 – 流固耦合 (FSI) – 瞬态力决定固体的响 应频率
SRS模拟
• SRS 是多个湍流模拟方法的总称，它们都对至少部分区域的 湍流频谱采用解析方法求解。
ANSYS CFD中的RANS湍流模型
One-Equation Models Spalart-Allmaras
– 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
(k-e)1E
Two-Equation Models k–ε (Standard, Realizable, RNG) k–ω (Standard, SST)
~102 ~104
1 10
1 106
因此需要RANS-LES Methods混合方法
DES(Detached Eddy Simulation )模拟
• 混合模型:
– 边界层用RANS模型求解. – LES 是在一个单独的区域里
• 模型的转化:
– 基于湍流长度尺度和网格尺寸的比 – 在RANS 和 LES 区域采用不同的方法求解
Wake Induced Transition
Turbulent Wake
Laminar Flow
目 录
RANS湍流模型
稳态湍流模型 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
20 © 2014 ANSYS Inc.
SRS（Scale-Resolving Simulations ）模拟 • 改善RANS模拟的精度
Total Pressure Ratio
2.1
experiment SST+TM Mesh2 SST+TM Mesh3
0.4· 106 nodes 1.5· 106 nodes 4.5· 106 nodes 11.5· 106 nodes
0.9 0.92
2
2
1.9
1.9
Mass Flow / Choke Mass Flow
Transitional
两方程转涙模型 g-ReQ
g U j g P g Eg t x j x j t f
0.5
g x j
P g1 F length S (1 g ) g F onset
Curvature Correction (all 1 & 2 eqn. models) V2F (4 eqn.)* Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM)
Reynolds Stress Models
Launder-Reece-Rodi, Speziale-Sarkar-Gatski Stress-w
SAS:
RANS
“LES” based on Lvk
SAS 模型
URANS求解混合边界层 U2 LvK U1 标准双方程模型:
L~
SAS模型
L ~ LvK
SAS模型能自动调整解析更小尺度的涡
t c k L
双方程SAS模型(KSKL)
3/ 2 k U j k k t k 3/ 4 Pk c t x j L x j x k j
NASA Rotor 37 验证案例
Mid-span
• 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
Separation
Suction side of the blade
NASA Rotor 37 验证案例
Total Pressure Ratio
k–kl–ω Transition Model SST Transition Model