fluent各种湍流方程介绍

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fluent k-epsilon模型 公式

fluent k-epsilon模型 公式

fluent k-epsilon模型公式
k-epsilon模型是一种常用的湍流模型,用于描述流体中湍流运动的特性。

它基于湍流能量和湍流速度脉动的方程来描述湍流的发展和衰减。

k方程描述了湍流能量的传输与产生,而epsilon方程描述了湍流速度脉动的耗散。

k表示湍流能量,epsilon表示湍流速度脉动的耗散率。

k方程的一般形式为:
∂(ρk)/∂t + ∂(ρuk)/∂x + ∂(ρvk)/∂y + ∂(ρwk)/∂z = Pk - εk + ∂/∂x[(μ+μt)/σk ∂(ρk)/∂x] + ∂/∂y[(μ+μt)/σk ∂(ρk)/∂y] + ∂/∂z[(μ+μt)/σk ∂(ρk)/∂z]
epsilon方程的一般形式为:
∂(ρε)/∂t + ∂(ρuε)/∂x + ∂(ρvε)/∂y + ∂(ρwε)/∂z = C1ε(ε/k)Pk - C2ε(ε^2/k) + ∂/∂x[(μ+μt)/σε ∂(ρε)/∂x] + ∂/∂y[(μ+μt)/σε ∂(ρε)/∂y] + ∂/∂z[(μ+μt)/σε ∂(ρε)/∂z] + C3εG
其中,Pk表示湍流能量项的产生率,εk表示湍流能量项的耗散率,u、v、w分别表示流体速度的x、y、z分量,ρ表示流体密度,μ表示动力粘度,μt表示湍流粘度,σk、σε分别为湍流能量和湍流速度脉动耗散率的可靠性修正参数,C1、C2、C3为经验常数,G 为湍流剪切产生项。

需要注意的是,上述公式只是k-epsilon模型的一般形式,在实
际应用中可能会根据具体问题进行适当调整或改进。

fluent各种湍流方程介绍

fluent各种湍流方程介绍

fluent各种湍流方程介绍湍流是一种复杂的流体运动形式,通常出现在高速流动中。

湍流的基本特征是流体中存在大量的涡旋结构,这些涡旋以各种尺度出现并交互作用,导致流动的不规则性和混沌性。

湍流现象广泛存在于自然和工程中,例如在天气系统中的大气层湍流、海洋中的潮流湍流、河流中的急流湍流、燃烧过程中的火焰湍流等。

湍流的研究对于理解和预测这些复杂流动现象具有重要意义。

为了描述和研究湍流,科学家和工程师们发展了许多数学模型和方程。

这些方程描述了流体的运动和湍流产生的物理机制。

其中最著名的湍流方程是纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations),该方程描述了粘性流体的运动规律,是基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的偏微分方程组。

纳维-斯托克斯方程对于实际湍流问题的直接求解十分困难,因为湍流具有多尺度的特征,需要同时考虑各种尺度的湍流结构。

因此,科学家们发展了各种湍流模型,用于简化湍流方程的求解。

其中最著名和常用的湍流模型是雷诺平均湍流模型(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations,简称RANS)。

该模型基于雷诺平均理论,将湍流场分解为平均分量和涨落分量,通过求解平均分量得到平均流动特性,通过引入湍流模型来描述涨落分量的输运过程。

与RANS模型相比,直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,简称DNS)是一种更为精确的湍流模拟方法。

DNS不对湍流进行任何简化和模型化,直接将纳维-斯托克斯方程离散求解,并通过计算机对湍流的每个细节进行模拟。

然而,DNS的计算量非常巨大,通常只适用于小尺度湍流问题。

为了在大尺度流动问题上更加高效地模拟湍流,科学家们还发展了流线化湍流模型(Large Eddy Simulation,简称LES)。

LES模型通过将湍流分解为大尺度和小尺度流动,对大尺度流动进行直接模拟,对小尺度流动进行模型化。

这样既考虑到了湍流的主要特征,又减少了计算量。

fluent中laminar模型的控制方程

fluent中laminar模型的控制方程

fluent中laminar模型的控制方程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,并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,因此在实际工程计算中直接模拟对计算机的要求很高。

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

但是,修改后的方程可能包含我们不知道的变量,湍流模型需要用已知变量确定这些变量。

Fluent提供的湍流模型包括: Spalart-Allmaras 模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、带旋流修正k-ε模型、k-ω模型、压力修正k-ω模型、雷诺兹压力模型、大漩涡模拟模型等。

1. Inviscid进行无粘计算。

2. Laminar用层流模型进行流动模拟。

层流同无粘流动一样,不需要输入任何与计算相关的参数。

3. Spalart-Allmaras 模型Spalart-Allmaras模型是方程模型里面最成功的一个模型,最早被用于有壁面限制情况的流动计算中,特别在存在逆压梯度的流动区域内,对边界层的计算效果较好,因此经常被用于流动分离区附近的计算,后来在涡轮机械的计算中也得到广泛应用。

最早的Spalart-Allmaras模型用于低雷诺数流计算,特别是在需要准确计算边界层粘性影响的问题中效果较好。

Fluent对Spalart-Allmaras 进行了改进,改进后可以在网格精度不高时使用壁面函数。

在湍流对流场影响不大,同时网格较粗糙时可以选用这个模型。

注:Spalart-Allmaras模型是一种新出现的湍流模型,在工程应用问题中还没有出现多少成功的算例。

如同其他方程模型一样,Spalart-Allmaras模型的稳定性也比较差,在计算中采用Spalart-Allmaras模型时需要注意这个特点。

4.标准k-ε模型标准k-ε模型由Launder和Spalding提出,模型本身具有的稳定性、经济性和比较高的计算精度使之成为湍流模型中应用范围最广、最为人熟知的一个模型。

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。

(word完整版)fluent湍流模型总结,推荐文档

(word完整版)fluent湍流模型总结,推荐文档

一般来说,DES和LES是最为精细的湍流模型,但是它们需要的网格数量大,计算量和内存需求都比较大,计算时间长,目前工程应用较少。

S-A模型适用于翼型计算、壁面边界层流动,不适合射流等自由剪切流问题。

标准K-Epsilon模型有较高的稳定性、经济性和计算精度,应用广泛,适用于高雷诺数湍流,不适合旋流等各相异性等较强的流动。

RNG K-Epsilon模型可以计算低雷诺数湍流,其考虑到旋转效应,对强旋流计算精度有所提供。

Realizable K-Epsilon模型较前两种模型的有点是可以保持雷诺应力与真实湍流一致,可以更加精确的模拟平面和圆形射流的扩散速度,同时在旋流计算、带方向压强梯度的边界层计算和分离流计算等问题中,计算结果更符合真实情况,同时在分离流计算和带二次流的复杂流动计算中也表现出色。

但是此模型在同时存在旋转和静止区的计算中,比如多重参考系、旋转滑移网格计算中,会产生非物理湍流粘性。

因此需要特别注意。

专用于射流计算的Realizable k-ε模型。

标准K-W模型包含了低雷诺数影响、可压缩性影响和剪切流扩散,适用于尾迹流动、混合层、射流、以及受壁面限制的流动附着边界层湍流和自由剪切流计算。

SST K-W模型综合了K-W模型在近壁区计算的优点和K-Epsilon模型在远场计算的优点,同时增加了横向耗散导数项,在湍流粘度定义中考虑了湍流剪切应力的输运过程,适用更广,可以用于带逆压梯度的流动计算、翼型计算、跨声速带激波计算等。

雷诺应力模型没有采用涡粘性各向同性假设,在理论上比前面的湍流模型要精确的多,直接求解雷诺应力分量(二维5个,三维7个)输运方程,适用于强旋流动,如龙卷风、旋流燃烧室计算等。

!!!!!所以在选择湍流模型时要注意各个模型是高雷诺数模型还是低雷诺数模型,前者采用壁面函数时,应该避免使用太好(对壁面函数方法)或太粗劣(对增强函数处理方法)的网格。

而对于低雷诺数模型,壁面应该有好的网格。

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

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湍流简述

fluent湍流简述

Reynolds-Stress Model
Detached Eddy Simulation
Available in FLUENT 6.2
Large-Eddy Simulation
Direct Numerical lation
17
Fluent中湍流模型面板
Define Models Viscous...
DNS和LES能直接得到气体的瞬态流场,但需要很大的计算机
容量和CPU时间,未能广泛应用于工程应用。
RANS将非稳态控制方程对时间作平均,即 N
1 n U i x , t lim ui x , t N N n 1
ui x, t Ui x, t uix, t
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
时均值 脉动值
因此,只能得到流场的时均值。要想得到瞬时值,它还必须和 另一些求脉动速度的方法相结合。在实际工程应用中,人们更关心流 动的时均值,而忽略湍流的细节。 因此,目前工程湍流计算还是依 赖于RANS。
7
基于Reynolds时均方程的统观模拟(RANS)
忽略流体相密度脉动,可得如下的时均方程组:
u y

一方程模型
/ t C k 1/ 2l
零方程模型和单方程模型适用于简单的流动;对于复杂流 动,系数很难给定,无通用性,故应用较少。
10

两方程模型
由求解湍流特征参数的微分方程来确定湍流粘性。包括k-ε 、 k-ω、 kτ、 k-l 模型等 。其中,应用最普遍的是 k-ε模型。

fluent-湍流模型

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。

湍流耗散率 fluent

湍流耗散率 fluent

湍流耗散率fluent
在FLUENT软件仿真湍流的设置中,需要对边界条件的湍流参数进行设定,下面是参数的计算方法和选择建议。

1、湍流强度
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(turbulence length)
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。

3、湍动能(Kinetic energy,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) ε
通常利用k和湍流尺度l估算ε计算公式为:
ε=(cu^0.75)*(k^1.5)/I
cu通常取0.09,k为湍动能,I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。

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)。

FLUENT-第五节湍流模型

FLUENT-第五节湍流模型

N. Djilali and I. S. Gartshore (1991), “Turbulent Flow Around a Bluff Rectangular Plate, Part I: Experimental Investigation,” JFE, Vol. 113, pp. 51–59.
– SST k–ω 模型混合了 和模型的优势,在近壁面处使用k–ω模型, 而在边界层外采用 k–ε 模型
– 包含了修正的湍流粘性公式,考虑了湍流剪切应力的效应
– SST 一般能更精确的模拟反压力梯度引起的分离点和分离区大小
雷诺应力模型 (RSM)
回忆一下涡粘模型的局限性:
– 应力-应变的线性关系导致在应力输运重要的情况下预测不准, 如非平衡流动、分离流和回流等 – 不能考虑由于流线曲度引起的额外应力作用,如旋转、大的偏转 流动等 – 当湍流是高度各向异性、有三维效应时表现较差
为了克服上述缺点,通过平均速度脉动的乘积,导出六个独立的 雷诺应力分量输运方程
– RSM适合于高度各向异性流,三维流等,但计算代价大 – 目前 RSMs 并不总是优于涡粘模型
边界层一致性定律
Inner layer
Outer layer
Viscous sublayer
Buffer layer or blending region
– 对雷诺应力项施加了几个可实现的条件
– 优势:
• 精确预测平板和圆柱射流的传播
• 对包括旋转、有大反压力梯度的边界层、分离、回流等现象有更好 的预测结果
RNG k–ε (RNG) 模型:
– k–ε方程中的常数是通过重正规化群理论分析得到,而不是通过 试验得到的,修正了耗散率方程
– 在一些复杂的剪切流、有大应变率、旋涡、分离等流动问题比 SKE 表现更好

fluent各种湍流方程介绍

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 超声速 湍流方程

fluent 超声速 湍流方程

《探索fluent超声速湍流方程》1. 引言超声速湍流是一种在工程领域和科学研究中具有重要意义的现象。

在航空航天、能源利用等领域,超声速流动的特性对流体力学和传热学的研究有着重要影响。

而要准确描述超声速湍流现象,需要采用适当的数学模型和方程来描述。

本文将探讨fluent超声速湍流方程,深入了解其背后的物理学原理和数学表达。

2. 了解fluent在探讨fluent超声速湍流方程之前,首先需要了解fluent是什么。

Fluent是一种计算流体力学(CFD)软件,用于模拟和分析各种流体流动和传热问题。

该软件使用有限体积法对流动进行离散化,在工程领域被广泛应用。

对于超声速湍流现象的研究,fluent提供了丰富的模型和求解器,能够进行精确的仿真和分析。

3. 超声速流动超声速流动是指流体流动的速度超过声速,通常是马赫数大于1。

在这种流动情况下,流体的特性会发生明显变化,如激波、激波结构、湍流增强等。

对于超声速湍流现象的研究,需要考虑流体的压缩性、非定常性和湍流特性,这为数值模拟带来了挑战。

4. 湍流方程湍流是流体力学中一个复杂的现象,其本质是流体运动的不规则和随机性。

对于湍流现象的描述,通常采用纳维-斯托克斯方程进行模拟。

而在超声速湍流中,由于流动速度较高和压缩性的影响,传统的湍流模型往往不适用。

需要采用适合超声速流动的湍流模型和方程。

1)fluent超声速湍流方程fluent针对超声速湍流提供了适合的湍流模型和方程。

其中,常用的湍流模型包括RANS(雷诺平均纳维-斯托克斯方程)、LES(大涡模拟)和DNS(直接数值模拟)。

这些模型基于湍流运动的不同特性,能够较好地描述超声速湍流现象。

在fluent中,超声速湍流方程还需考虑流体的压缩性和非定常性。

由于超声速流动引起了激波和激波结构,需要考虑激波传播和相互作用对湍流的影响。

fluent超声速湍流方程还包括了控制方程和压缩性修正项,能够更准确地描述流体的行为。

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

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简明中文教程--第三章,湍流模型-1

FLUENT简明中文教程--第三章,湍流模型-1

24第三章,湍流模型第一节, 前言湍流流动模型很多,但大致可以归纳为以下三类:第一类是湍流输运系数模型,是Boussinesq 于1877年针对二维流动提出的,将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。

即:2121x u u u t∂∂=′′−μρ 3-1 推广到三维问题,若用笛卡儿张量表示,即有:ij i jj i t j i k x u xu u u δρμρ32−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=′′− 3-2 模型的任务就是给出计算湍流粘性系数t μ的方法。

根据建立模型所需要的微分方程的数目,可以分为零方程模型(代数方程模型),单方程模型和双方程模型。

第二类是抛弃了湍流输运系数的概念,直接建立湍流应力和其它二阶关联量的输运方程。

第三类是大涡模拟。

前两类是以湍流的统计结构为基础,对所有涡旋进行统计平均。

大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流,通过求解三维经过修正的Navier-Stokes 方程,得到大涡旋的运动特性,而对小涡旋运动还采用上述的模型。

实际求解中,选用什么模型要根据具体问题的特点来决定。

选择的一般原则是精度要高,应用简单,节省计算时间,同时也具有通用性。

FLUENT 提供的湍流模型包括:单方程(Spalart-Allmaras )模型、双方程模型(标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现(Realizable)κ-ε模型)及雷诺应力模型和大涡模拟。

湍流模型种类示意图包含更多 物理机理每次迭代 计算量增加提的模型选RANS-based models25第二节,平均量输运方程雷诺平均就是把Navier-Stokes 方程中的瞬时变量分解成平均量和脉动量两部分。

对于速度,有:i i i u u u ′+= 3-3其中,i u 和i u ′分别是平均速度和脉动速度(i=1,2,3)类似地,对于压力等其它标量,我们也有:φφφ′+= 3-4 其中,φ表示标量,如压力、能量、组分浓度等。

三种k—ε湍流方程介绍

三种k—ε湍流方程介绍

k-epsilon是湍流模式理论中的一种,简称k-ε模型。

k-epsilon湍流模型是最常见的湍流模型。

k-epsilon湍流模型属于二方程模型,它适合完全发展的湍流,对雷诺数较低的过渡情况和近壁区域则计算结果不理想。

常见的k-ε模型有:①标准的k-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。

在FLUENT中,标准k-ε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、合理的精度。

它是个半经验的公式,是从实验现象中总结出来的。

湍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②RNG k-ε模型:RNG k-ε模型来源于严格的统计技术。

它和标准k-ε模型很相似,但是有以下改进:a、RNG模型在ε方程中加了一个条件,有效的改善了精度。

b、考虑到了湍流漩涡,提高了在这方面的精度。

c、RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式,然而标准k-ε模型使用的是用户提供的常数。

d、标准k-ε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。

这些公式的作用取决于正确的对待近壁区域。

这些特点使得RNG k-ε模型比标准k-ε模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。

③可实现的k-ε模型:可实现的k-ε模型比起标准k-ε模型来有两个主要的不同点:a.可实现的k-ε模型为湍流粘性增加了一个公式。

b.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。

fluent的空气湍流模型

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。

第3章,fluent湍流模型-1

第3章,fluent湍流模型-1

第三章,湍流模型第一节, 前言湍流流动模型很多,但大致可以归纳为以下三类:第一类是湍流输运系数模型,是Boussinesq 于1877年针对二维流动提出的,将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。

即:2121x u u u t ∂∂=''-μρ 3-1 推广到三维问题,若用笛卡儿张量表示,即有:ij ijj i t j i k x u xu u u δρμρ32-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=''- 3-2 模型的任务就是给出计算湍流粘性系数t μ的方法。

根据建立模型所需要的微分方程的数目,可以分为零方程模型(代数方程模型),单方程模型和双方程模型。

第二类是抛弃了湍流输运系数的概念,直接建立湍流应力和其它二阶关联量的输运方程。

第三类是大涡模拟。

前两类是以湍流的统计结构为基础,对所有涡旋进行统计平均。

大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流,通过求解三维经过修正的Navier-Stokes 方程,得到大涡旋的运动特性,而对小涡旋运动还采用上述的模型。

实际求解中,选用什么模型要根据具体问题的特点来决定。

选择的一般原则是精度要高,应用简单,节省计算时间,同时也具有通用性。

FLUENT 提供的湍流模型包括:单方程(Spalart-Allmaras )模型、双方程模型(标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现(Realizable)κ-ε模型)及雷诺应力模型和大涡模拟。

湍流模型种类示意图包含更多 物理机理每次迭代 计算量增加提的模型选RANS-based models第二节,平均量输运方程雷诺平均就是把Navier-Stokes 方程中的瞬时变量分解成平均量和脉动量两部分。

对于速度,有:i i i u u u '+= 3-3其中,i u 和i u '分别是平均速度和脉动速度(i=1,2,3)类似地,对于压力等其它标量,我们也有:φφφ'+= 3-4 其中,φ表示标量,如压力、能量、组分浓度等。

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

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。

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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.html
The 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。

k-ε模型中的K和ε物理意义:k是紊流脉动动能(J),ε是紊流脉动动能的耗散率(%);k越大表明湍流脉动长度和时间尺度越大,ε越大意味着湍流
脉动长度和时间尺度越小,它们是两个量制约着湍流脉动。

RNG k-e模型
RNG k-e模型来源于严格的统计技术。

它和标准k-e模型很相似,但是有以下改进:
•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。

这些公式的效用依靠正确的对待近
壁区域
这些特点使得RNG k-e模型比标准k-e模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。

带旋流修正的k-e模型
带旋流修正的k-e模型是近期才出现的,比起标准k-e模型来有两个主要的不同点。

•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。

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。

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。

由于带旋流修正的k-e模型是新出现的模型,所以现在还没有确凿的证据表明它比RNG k-e模型有更好的表现。

但是最初的研究表明带旋流修正的k-e模型在所有k-e模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。

带旋流修正的k-e模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘度。

这是因为带旋流修正的k-e模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋度的影响。

这种额外的旋转影响已经在单一旋转参考系中得到证实,而且表现要好于标准k-e模型。

由于这些修改,把它应用于多重参考系统中需要注意。

标准k-ω模型
标准k-ω模型是基于Wilcox k-ω模型,它是为考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流传播而修改的。

Wilcox k-ω模型预测了自由剪切流传播速率,像尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射,因而可以应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。

标准k-e模型的一个变形是SST k-ω模型,它在FLUENT中也是可用的,将在10.2.9中介绍它。

剪切应力传输(SST)k-ω模型
SST k-ω模型由Menter发展,以便使得在广泛的领域中可以独立于k-e模型,使得在近壁自由流中k-ω模型有广泛的应用范围和精度。

为了达到此目的,k-e模型变成了k-ω公式。

SST k-ω模型和标准k-ω模型相似,但有以下改进:
•SST k-ω模型和k-e模型的变形增长于混合功能和双模型加在一起。

混合功能是为近壁区域设计的,这个区域对标准k-ω模型有效,还
有自由表面,这对k-e模型的变形有效。

•SST k-ω模型合并了来源于ω方程中的交叉扩散。

•湍流粘度考虑到了湍流剪应力的传波。

•模型常量不同。

这些改进使得SST k-ω模型比标准k-ω模型在在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。

雷诺应力模型(RSM)
在FLUENT中RSM是最精细制作的模型。

放弃等方性边界速度假设,RSM使得雷诺平均N-S方程封闭,解决了关于方程中的雷诺压力,还有耗散速率。

这意味这在二维流动中加入了四个方程,而在三维流动中加入了七个方程。

由于RSM比单方程和双方程模型更加严格的考虑了流线型弯曲、漩涡、旋转和张力快速变化,它对于复杂流动有更高的精度预测的潜力。

但是这种预测仅仅限于与雷诺压力有关的方程。

压力张力和耗散速率被认为是使RSM模型预测精度降低的主要因素。

RSM模型并不总是因为比简单模型好而花费更多的计算机资源。

但是要考虑雷诺压力的各向异性时,必须用RSM模型。

例如飓风流动、燃烧室高速旋转流、管道中二次流。

计算成效:cpu时间和解决方案
从计算的角度看Spalart-Allmaras模型在FLUENT中是最经济的湍流模型,虽然只有一种方程可以解。

由于要解额外的方程,标准k-e
模型比Spalart-Allmaras模型耗费更多的计算机资源。

带旋流修正的k-e模型比标准k-e模型稍微多一点。

由于控制方程中额外的功能和非线性,RNGk-e模型比标准k-e模型多消耗10~15%的CPU时间。

就像k-e模型,k-ω模型也是两个方程的模型,所以计算时间相同。

比较一下k-e模型和k-ω模型,RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU时间。

然而高效的程序大大的节约了CPU时间。

RSM 模型比k-e模型和k-ω模型要多耗费50~60%的CPU时间,还有15~20%的内存。

除了时间,湍流模型的选择也影响FLUENT的计算。

比如标准k-e模型是专为轻微的扩散设计的,然而RNG k-e模型是为高张力引起的
湍流粘度降低而设计的。

这就是RNG模型的缺点。

同样的,RSM模型需要比k-e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。

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