[整理]FLUENT边界条件(2)—湍流设置.

FLUENT边界条件（2）—湍流设置

（fluent教材—fluent入门与进阶教程于勇第九章）

Fluent：湍流指定方法（Turbulence Specification Method）

2009-09-16 20:50

使用Fluent时，对于velocity inlet边界，涉及到湍流指定方法（Turbulence Specification Method），其中一项是Intensity and Hydraulic Diameter （强度和水利直径），本文对其进行论述。

其下参数共两项，

（1）是Turbulence Intensity，确定方法如下：

I=0.16/Re_DH^0.125 (1)

其中Re_DH是Hydraulic Diameter（水力直径）的意思，即式(1)中的雷诺数是以水力直径为特征长度求出的。

雷诺数

Re_DH=u×DH/υ(2)

u为流速，DH为水利直径，υ为运动粘度。

水利直径见（2）。

（2）水利直径

水力直径是水力半径的二倍，水力半径是总流过流断面面积与湿周之比。

水力半径

R＝A/X (3)

其中，A为截面积（管子的截面积）＝流量/流速

X为湿周(字面理解水流过各种形状管子外圈湿一周的周长)

例如：方形管的水利半径

R=ab/2(a+b)

水利直径

DH=2×R (4)

举例如下：

如果水流速度u=10m/s，圆形管路直径2cm，水的运动粘度为1×10-6 m2/s。

则

DH=2×3.14*r^2/(2*3.14*r)=2*3.14*0.01^2/(3.14*0.02)=0.01 r为圆管半径

Re_DH=u×DH/υ=10*0.02/10e-6=20000

I=0.16/Re_DH^0.125=0.16/20000^0.125=0.0463971424017634≈5%

水力半径：润湿周长

横截面积=h r ， 水力直径：h h r 4D =

对圆管而言，管道直径和水力直径是一回事。

1、湍流强度

定义：速度波动的均方根与平均速度的比值

小于1%为低湍流强度，高于10%为高湍流强度。

计算公式：

I=0.16*(re)^(-1/8)

式中：I —湍流强度，re —雷诺数

2、湍流尺度及水力直径

湍流尺度（turbulence length)：a physical quantity related to the size of the large eddies that contain the energy in turbulent flows 。

通常计算方式：

l=0.07L

L 为特征尺度，可认为是水力直径，因数0.07是基于充分发展的湍流管流中的混合长度的最大值。 湍流参数的选取：

（1）充分发展的内部流动，选取湍流强度(intensity)和水力直径(hydraulic diameter)

（2）导流叶片流动、穿孔板等流动，选取强度(intensity)和长度尺度(length scale)。

（3）四周为壁面引起湍流边界层的流动，选取强度（intensity)和长度尺度(length scale)，使用边界层厚度，特征长度等于0.4倍边界层，输入此值到turbulence length scale 中。

3、湍动能（Kinetic energy)

湍流模型中最常见的物理量（k）。利用湍流强度估算湍动能：

k=3/2*(u*I)^2

其中：u—平均速度，I—湍流强度

4、湍流耗散率(turbulent disspipation rate)

湍流耗散率即传说中的ε。通常利用k和湍流尺度l估算ε

计算公式为：

cu通常取0.09，k为湍动能，l为湍流尺度

5、比耗散率ω

计算公式为：

ω=k^0.5/(l*c^0.25)式中：k为湍动能，l为湍流尺度，c为经验常数，常取0.09