【ANSYS Fluent培训】8-湍流模型

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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。

fluent湍流模型

第三节，
湍流模型
3.3.1 单方程（Spalart-Allmaras）模型 ~ ，表征出了近壁（粘性影响）区域以外的湍流运动粘 Spalart-Allmaras 模型的求解变量是ν ~ 的输运方程为：性系数。ν
~ ~ ~ ∂ν Dν 1 ∂ ∂ν ~ − Yν ρ = Gν + 3－9 ( µ + ρν ) + Cb 2 ρ Dt σ ν~ ∂ x ∂ x ∂ x j j j 其中，Gν 是湍流粘性产生项；Yν 是由于壁面阻挡与粘性阻尼引起的湍流粘性的减少；σ ν ~
ρu y u = τ uτ µ ρuτ y u 1 = ln E µ uτ k
其中，k=0.419，E=9.793。
3－18
如果网格粗错不能用来求解层流底层，则假设与壁面近邻的网格质心落在边界层的对数区，则根据壁面法则： 3－19
对流传热传质模型在 FLUENT 中，用雷诺相似湍流输运的概念来模拟热输运过程。给出的能量方程为：
3－11
壁面的距离；S ≡
Ω ij =
∂u 1 j − ∂u i 2 ∂xi ∂x j
由于平均应变率对湍流产生也起到很大作用，FLUENT 处理过程中，定义 S 为：
S ≡ Ω ij + C prod min(0, S ij − Ω ij )
Байду номын сангаас其中， C prod = 2.0 ， Ω ij ≡
率ε两个方程，湍流粘性系数用湍动能 k 和耗散率ε的函数。Boussinesq 假设的缺点是认为湍流粘性系数 µ t 是各向同性标量，对一些复杂流动该条件并不是严格成立，所以具有其应用限制性。另外的方法是求解雷诺应力各分量的输运方程。这也需要额外再求解一个标量方程，通常是耗散率ε方程。这就意味着对于二维湍流流动问题，需要多求解 4 个输运方程，而三维湍流问题需要多求解 7 个方程，需要比较多的计算时间，对计算机内存也有更高要求。在许多问题中，Boussinesq 近似方法可以得到比较好的结果，并不一定需要花费很多时间来求解雷诺应力各分量的输运方程。但是，如果湍流场各向异性很明显，如强旋流动以及应力驱动的二次流等流动中，求解雷诺应力分量输运方程无疑可以得到更好的结果。

FLUENT培训教材08物理模型

ANSYS FLUENT培训教材ANSYS FLUENT第八节：物理模型安世亚太科技（北京）有限公司概要多相流模型–Discrete phase model–Eulerian modelEulerian model–Mixture model–Volume-of-fluid model化学反应模型–Eddy dissipation modelNon premixed, premixed and partially premixed combustion models –Non-premixed premixed and partially premixed combustion models –Detailed chemistry models–Pollutant formation–Surface reactions动网格Single and multiple reference frames–Single and multiple reference frames–Mixing planes–Sliding meshes–Dynamic meshesD i h–Six-degree-of-freedom solver多相流模型简介相具有可定义的边界，对周围流场有特定的动力响应相一般分为固体、液体和气体，但也指其他形式：有不同化学属性的材料但属于同种物理相（如液性的材料，但属于同一种物理相（如液-液）多相流体系统分为一种主流体相和多种次流体相–其中一种流体是连续的（主流体）Secondary phase(s)–其他相是离散的，存在于连续相中–Secondary phase(s)可以有多种次流体相，代表不同尺寸的颗粒Primary Phase多相流体系–气泡流–连续液体中存在离散的气泡，如气体吸收器，蒸发设备，鼓泡设备–液滴流–连续气体中的离散液滴，如喷雾器燃烧器气Slug FlowBubbly, Droplet, or P ti l L d Fl 如喷雾器、燃烧器–柱塞流–连续液体中的大尺度气泡分层//液液/液Particle-Laden Flow–/ 自由表面流–不相溶的流体被清晰的界面分开，如自由表面流颗粒流Pneumatic Transport,Hydrotransport,or Slurry FlowStratified / Free-Surface Flow ––连续气体中的离散固体颗粒，如旋风分离器，空气净化器，气/固Hydrotransport, or Slurry Flow Surface Flow 吸尘器–流化床–流化床反应器–泥浆流–液体中的固体颗粒，固体液/固液体中的固体颗粒固体悬浮、沉积、液力输运Fluidized BedSedimentationFLUENT中的多相流模型FLUENT 包括四种不同的多相流模型:–Discrete Phase Model (DPM)Discrete Phase Model(DPM)–Volume of Fluid Model (VOF)–Eulerian ModelE l i M d l–Mixture Model选择合适的模型非常重要–取决于流体是分层的还是离散的-两相间的长度尺度界定这个区别–Stokes数(颗粒松弛时间和流体特征时间的比例）也应该考虑进来DPM 例子-喷雾干燥喷雾干燥包括液体以雾状方式喷入加热的容器中，用DPM 模拟流动、传热、传质过程Contours ofEvaporated Initial particle Diameter:2mm 0.2 mm1.1 mm Evaporated WaterStochastic Particle Trajectories for Different Initial DiametersDiameter: 2 mm欧拉模型的例子–三维气泡床z = 20 cm20z =15 cmz =10 cmz =5 cmIsosurface of GasLiquid Velocity Vectors Volume Fraction = 0.175欧拉模型中的粒状选项当存在高浓度的固体颗粒时，会导致颗粒间高频率的碰撞，此时应选Granular 假设颗粒的行为类似一团密集分子的碰撞行为，对颗粒相使用分子云理论应用这个理论后连续相和颗粒相的动量Gravity应用这个理论后，连续相和颗粒相的动量方程都增加了附加应力–“粘性”, “压力”.) 这些应力(颗粒粘性,压力等)由颗粒速度脉动强度确定–伴随颗粒速度脉动的动能由拟热“pseudo thermal”pseudo-thermal 或颗粒温度代表–不考虑颗粒的弹性变形Contours of Solids Volume Gas / SandGasContours of Solids Volume Fraction for High Velocity Gas/Sand Production混合模型案例–气体鼓泡用混合模型模拟氮气喷入混合器中的流动，用MRF 方法模拟旋转叶片的效应FLUENT 很好的模拟了气体的停顿和搅动过程。

fluent湍流模型

第十章湍流模型本章主要介绍Fluent所使用的各种湍流模型及使用方法。

各小节的具体内容是：10．1 简介10．2 选择湍流模型10．3 Spalart-Allmaras 模型10．4 标准、RNG和k-e相关模型10．5 标准和SST k-ω模型10．6 雷诺兹压力模型10．7 大型艾迪仿真模型10．8 边界层湍流的近壁处理10．9 湍流仿真模型的网格划分10．10 湍流模型的问题提出10．11 湍流模型问题的解决方法10．12 湍流模型的后处理10．1 简介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，而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，所以在实际工程计算中直接模拟的话对计算机的要求会很高。

实际上瞬时控制方程可能在时间上、空间上是均匀的，或者可以人为的改变尺度，这样修改后的方程耗费较少的计算机。

但是，修改后的方程可能包含有我们所不知的变量，湍流模型需要用已知变量来确定这些变量。

FLUENT 提供了以下湍流模型：·Spalart-Allmaras 模型·k-e 模型－标准k-e 模型－Renormalization-group (RNG) k-e模型－带旋流修正k-e模型·k-ω模型－标准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10．2 选择一个湍流模型不幸的是没有一个湍流模型对于所有的问题是通用的。

选择模型时主要依靠以下几点：流体是否可压、建立特殊的可行的问题、精度的要求、计算机的能力、时间的限制。

为了选择最好的模型，你需要了解不同条件的适用范围和限制这一章的目的是给出在FLUENT中湍流模型的总的情况。

我们将讨论单个模型对cpu 和内存的要求。

同时陈述一下一种模型对那些特定问题最适用，给出一般的指导方针以便对于你需要的给出湍流模型。

10．2．1 雷诺平均逼近vs LES在复杂形体的高雷诺数湍流中要求得精确的N-S方程的有关时间的解在近期内不太可能实现。

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。

《fluent湍流模型》课件

Fluent湍流模型的常见问题
常见的问题包括模型精度不够、计算量太大、计算时间过长等。
解决法
可以通过减小网格尺寸、改变模拟设置、使用高性能计算机等方法来解决问题。
常见错误示范
常见错误包括不合理的边界条件、不准确的物理参数设定等。
总结
通过本课程的学习，您已了解Fluent湍流模型的基本概念、原理和应用。希望您可以将所学应用到实际工作中，并继续跟踪湍流模型的发展趋势。
工业中的应用
在飞机、汽车、火箭等工业制造领域中广泛应用，可以用于优化产品设计、性能测试和流体控制等方面。
实际案例分析
使用Fluent湍流模型成功预测了风力发电机转子的性能，为风力发电技术的发展做出了重要贡献。
优缺点
具有高精度、高可靠性和可灵活扩展等优点，但对计算资源要求较高。
常见问题与解决方法
通过求解雷诺应力方程来描述湍流过程，
精度更高但计算量更大。
3
Large Eddy Simulation
通过将湍流流场分解成大尺度和小尺度
Detached Eddy Simulation
4
来模拟流体运动。
相对于LES模拟时间更短，适合处理具有湍流特性的旋转流和湍流边界层等问题。
Fluent湍流模型应用
质量守恒方程
描述流体中物质的流动规律，保证物质质量不会凭空消失或凭空增加。
模拟方法
计算流体力学（CFD）模拟的方法，如有限元方法、有限体积法和边界元方法等。
湍流模型原理
1
k-ε模型
在工程实践中应用广泛，许多气动工程
Reynolds Stress Model
2
和水动力学模拟都基于该模型进行。

fluent-湍流模型

fluent 湍流模型流体运动千变万化，但是都遵循自然规律，流体在运动中遵循质量守恒定律，动量定理和能量守恒定律。

从这些定律出发，导出流体力学基本方程组。

由质量守恒定律推出连续性方程由几种推导方法：1：拉格朗日观点法，2：欧拉法，3：直角坐标下控制体法0div V tρρ∂+=∂（对不可压流体，0divV =）张量表示为：()0i iv t x ρρ∂∂+=∂∂ 由动量定理推出运动方程dVF divP dt ρρ=+ 张量表示为ij i i jp dv F dt x ρρ∂=+∂ 由能量守恒定理推出能量方程:()dUP S div kgradT q dtρρ=++ 或者 ij ji i i dU T p s k q dt x x ρρ⎛⎫∂∂=++ ⎪∂∂⎝⎭由此得出流体力学基本方程组：'0:()123(,)div V tdV F divPdt dU P S div kgradT q dt P pI S IdivV IdivVp f T ρρρρρρμμρ∂⎧+=⎪∂⎪⎪=+⎪⎪⎨=++⎪⎪⎛⎫⎪=-+-+ ⎪⎪⎝⎭⎪=⎩或者写为：()'0123(,)i iij i i j ij ji i i ij ij ij kk ij kk ijv t x p dvF dt x dU T p s k q dt x x p p s s s p f T ρρρρρρδμδμδρ∂⎧∂+=⎪∂∂⎪⎪∂=+⎪∂⎪⎪⎨⎛⎫∂∂=++⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎪⎪⎛⎫⎪=-+-+ ⎪⎝⎭⎪⎪=⎩对于粘性不可压缩均质流体的基本方程为：0()2divV dV F gradp V dtds T div kgradT q dt P pI S ρρμρρμ=⎧⎪⎪=-+∆⎪⎨⎪=Φ++⎪⎪=-+⎩（这就是N-S 方程）对于粘性不可压缩均质流体的基本方程组为01divV dV F gradp V dt dTC k T dt νρρ⎧⎪=⎪⎪=-+∆⎨⎪⎪=Φ+∆⎪⎩其中， ,v k 分2P pI S μ=-+别是常数粘性系数及热传导系数，Φ是耗损函数，22S μΦ=，方程组有五个二阶偏微分方程，用来确定五个未知函数，,,V p T ，一般情况下，动力学元素p 与运动学元素v 和热力学元素T 相互影响，特别是流场受温度场影响，主要是粘性系数和温度有关体现出来，如果温度变化不大，则粘性系数可以去为常数，从而流场不受温度影响，流场可以独立与温度场而求解。

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]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

▪ 对边界层流动: l 0.4δ99 ▪ 对下游流动: l 开口尺寸
– 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)

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湍流模型的选取 -回复

fluent湍流模型的选取-回复关于湍流模型的选取，在流体力学领域中扮演着重要的角色。

湍流是流体运动过程中非线性不稳定的现象，其涉及的问题往往十分复杂。

为了研究湍流问题，工程学家和科学家们提出了许多湍流模型，其中最常用的是雷诺平均湍流模型（Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) Model）和直接数值模拟（Direct Numerical Simulation (DNS)）。

在选择合适的湍流模型时，需要考虑问题的复杂性、计算资源的可用性以及模型的准确性等方面。

首先，需要确定问题的复杂性。

如果研究的流动问题是简单的，例如具有简单几何形状和简单边界条件的流场，可以考虑使用较为简单的湍流模型。

这样可以减少计算的复杂性和计算成本，快速获得研究结果。

常见的简单湍流模型包括Spalart-Allmaras (SA) 模型和k-ε模型等。

其次，还需要考虑计算资源的可用性。

对于需要大规模计算和较长时间模拟的问题，直接数值模拟（DNS）可能不现实。

DNS是通过数值求解雷诺平均湍流方程（RANS）来模拟流动中的湍流现象，计算量非常大。

当流动问题的尺度和时间尺度非常大时，模型计算成本相当高昂。

因此，需要根据可用的计算资源和时间限制，选择合适的湍流模型进行研究。

另外，模型的准确性也是选择湍流模型的重要因素。

RANS模型是目前最常用的湍流模型之一，它基于雷诺平均假设，将流场值分解为平均值和湍流脉动值。

尽管这种模型在工程实际应用中表现良好，但它不能完全描述湍流的各种细微特征，如小尺度涡旋等。

因此，对于需要精确模拟湍流行为的问题，可以考虑使用其他更高级的湍流模型，如大涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）和直接数值模拟（DNS）。

这些模型可以提供更为准确的湍流现象描述，但相应地计算成本也较高。

在实践中，常常需要根据研究的具体问题和条件综合考虑上述因素来选择合适的湍流模型。

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的空气湍流模型

fluent的空气湍流模型摘要：1.Fluent 软件概述2.湍流模型的概述3.Fluent 中的湍流模型分类4.各类湍流模型的特点及适用范围5.如何选择合适的湍流模型6.结论正文：一、Fluent 软件概述Fluent 是一款由美国CFD 公司（Computational Fluid Dynamics）开发的计算流体动力学（CFD）软件，广泛应用于工程领域，如航空航天、能源、化工、环境等。

Fluent 可以模拟流体的层流和湍流状态，为研究流体流动提供了强大的工具。

二、湍流模型的概述湍流是指流体在高速流动时，由于粘性力的不稳定性，产生的无规则、高度混合的流动状态。

在实际工程中，大部分流体流动都处于湍流状态。

为了模拟这种复杂的流动现象，Fluent 提供了多种湍流模型供用户选择。

三、Fluent 中的湍流模型分类Fluent 中的湍流模型主要分为以下几类：1.k-ε模型：基于k-ε两方程模型，其中k 为湍流动能耗散率，ε为湍流能量耗散率。

2.k-ω模型：基于k-ω两方程模型，其中k 为湍流动能耗散率，ω为湍流旋涡耗散率。

3.SST 模型：基于Spalart-Allmaras 三维湍流模型，考虑了流场中的旋涡和湍流扩散。

4.RSM 模型：基于大涡模拟（LES）的湍流模型，考虑了湍流尺度的空间分布。

5.VOF 模型：基于体积分数（Volume of Fluid）的湍流模型，适用于两相流问题。

6.Mixture 模型：基于混合长度理论的湍流模型，适用于多相流问题。

四、各类湍流模型的特点及适用范围1.k-ε模型：计算精度较高，适用于大部分工程问题。

特别适用于湍流强度较低、流动平稳的问题。

2.k-ω模型：考虑了湍流旋涡的耗散，适用于湍流强度较高、流动剧烈的问题。

例如，涡轮机、喷气发动机等。

3.SST 模型：计算精度较高，适用于考虑湍流旋涡耗散的问题。

例如，飞机翼型、汽车尾翼等。

4.RSM 模型：适用于湍流强度较高、流动剧烈的问题，特别是具有强旋流和旋转的流体。

fluent湍流模型技巧

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：一1I（接模拟（directnumericalsimulation,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。

一大涡模拟（largeeddysimulation,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。

一।应用Reynolds时均方程（Reynolds-averagingequations）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 湍流模型

10.10.1 湍流选项湍流模型可用的不同的选项在10.3到10.7节已经详细的介绍过了。

这里将提供这些选项的用法。

如果你选择的是Spalart-Allmaras 模型，下列选项是有用的：● Vorticity-based production （基于漩涡的产出）● Strain/vorticity-based production （基于应变/漩涡的产出）● Viscous heating （对耦合算法总是激活）如果你选择的是标准的ε-k 模型或是可实行的ε-k 模型，下列选项是有用的： ● Viscous heating （对耦合算法总是激活）● Inclusion of buoyancy effects on ε（包含浮力对ε的影响）如果你选择的是RNG ε-k 模型，下列选项是有用的：● Differential viscosity model （微分粘性模型）● Swirl modification （涡动修正）● Viscous heating （对耦合算法总是激活）● Inclusion of buoyancy effects on ε（包含浮力对ε的影响）如果你选择的是标准的ω-k 模型，下列选项是有用的：● Transitional flows● Shear flow corrections● Viscous heating （对耦合算法总是激活）如果你选择的是剪切-应力传输ω-k 模型，下列选项是有用的：● Transitional flows （过渡流）● Viscous heating （对耦合算法总是激活）如果你选择的是雷诺应力模型（RSM ），下列选项是有用的：● Wall reflection effects on Reynolds stresses （壁面反射对雷诺应力的影响） ● Wall boundary conditions for the Reynolds stresses from the k equation （雷诺应力的壁面边界条件来自k 方程）● Quadratic pressure-strain model （二次的压力－应变模型）● Viscous heating （对耦合算法总是激活）● Inclusion of buoyancy effects on ε（包含浮力对ε的影响）如果你选择的是增强壁面处理（对ω-k 模型和雷诺应力模型可用），下列选项是有用的：● Pressure gradient effects （压力梯度的影响）● Thermal effects （热影响）如果你选择的是大漩涡模拟（LES ），下列选项是有用的：● Smagorinsky-Lilly model for the subgrid-scale viscosity● RNG model for the subgrid-scale viscosity● Viscous heating （对耦合算法总是激活）10．2．4 The Spalart-Allmaras 模型Spalart-Allmaras模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动。

ANSYS FLUENT培训教材

Domain of Interest as Part of a Larger System (not modeled)
能简化为二维或者轴对称问题吗？
Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.
A Pera Global Company © PERA China
– 选择合适的物理模型
• 湍流，燃烧，多相流等。
– 指定操作条件 – 指定边界条件 – 提供初始值 – 设置求解器控制参数 – 设置监测收敛参数
A Pera Global Company © PERA China
求解
Solve
7. Compute solution
通过迭代求解这些离散的守恒方程直至收敛以下情况达到收敛： – 两次迭代的流场结果差异小到可以忽略
Non-conformal interface
3D Film Cooling Coolant is injected into a duct from a plenum. The plenum is meshed with tetrahedral cells while the duct is meshed with hexahedral cells Compressor and Scroll The compressor and scroll are joined through a non conformal interface. This serves to connect the hex and tet meshes and also allows a change in reference frame
* FLUENT control volumes are cell-centered (i.e. they correspond directly with the mesh) while CFX control volumes are node-centered

ansys湍流模型

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
RANS LES
Number of Cells ~106
~109
Number of time steps ~102
~104
Inner loops per Dt. 1
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
Experimental data
10 SAS model
0
10
100
1000
Frequency [Hz]
SPL [dB] SPL [dB] SPL [dB]
热浮力交叉喷流验证案例
3-D Transient Flows: SAS
– SST-RANS – KSKL-SAS – Experiment
热浮力交叉喷流验证案例
Mesh guidelines: • y+ < 1 • wall normal expansion ratio ~1.1 • good resolution of streamwise direction

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。