湍流模型的模型评价标准(湍流模型的模型评价指标包括)

湍流模型的模型评价?

湍流模式理论或简称湍流模型。湍流运动物理上近乎无穷多尺度漩涡流动和数学上的强烈非线性,使得理论实验和数值模拟都很难解决湍流问题。虽然N-S方程能够准确地描述湍流运动地细节,但求解这样一个复杂的方程会花费大量的精力和时间。实际上往往采用平均N-S方程来描述工程和物理学问题中遇到的湍流运动。当我们对三维非定常随机不规则的有旋湍流流动的N-S方程平均后,得到相应的平均方程,此时平均方程中增加了六个未知的雷诺应力项 ,从而形成了湍流基本方程的不封闭问题。根据湍流运动规律以寻找附加条件和关系式从而使方程封闭就促使了几年来各种湍流模型的发展,而且在平均过程中失去了很多流动的细节信息,为了找回这些失去的流动信息,也必须引入湍流模型。虽然许多湍流模型已经取得了某些预报能力,但至今还没有得到一个有效的统一的湍流模型。同样,在叶轮机械内流研究中,如何找到一种更合适更准确的湍流模型也有待于进一步研究。模型理论的思想可追溯到100多年前,为了求解雷诺应力使方程封闭,早期的处理方法是模仿粘性流体应力张量与变形率张量关联表达式,直接将脉动特征速度与平均运动场中速度联系起来。十九世纪后期,Boussinesq提出用涡粘性系数的方法来模拟湍流流动,通过涡粘度将雷诺应力和平均流场联系起来,涡粘系数的数值用实验方法确定。到二次世界大战前,发展了一系列的所谓半经验理论,其中包括得到广泛应用的普朗特混合长度理论,以及G.I泰勒涡量传递理论和Karman相似理论。他们的基本思想都是建立在对雷诺应力的模型假设上,使雷诺平均运动方程组得以封闭。1940年,我国流体力学专家周培源教授在世界上首次推出了一般湍流的雷诺应力输运微分方程;1951年在西德的Rotta又发展了周培源先生的工作,提出了完整的雷诺应力模型。他们的工作现在被认为是以二阶封闭模型为主的现代湍流模型理论的最早奠基工作。但因为当时计算机水平的落后,方程组实际求解还不可能。70年代后期,由于计算机技术的飞速发展,周培源等人的理论重新获得了生命力,湍流模型的研究得到迅速发展。建立的一系列的两方程模型和二阶矩模型,已经能十分成功地模拟边界层和剪切层流动,但是对于复杂的工业流动,比如大曲率绕流,旋转流动,透平叶栅动静叶互相干扰等,这些因素对湍流的影响还不清楚,这些复杂流动也构成了进入二十一世纪后学术上和应用上先进湍流模型的研究。湍流模型可根据微分方程的个数分为零方程模型、一方程模型、二方程模型和多方程模型。这里所说的微分方程是指除了时均N-S方程外,还要增加其他方程才能是方程封闭,增加多少个方程,则该模型就被成为多少个模型。下面分别介绍各种湍流模型的研究现状和进展

延伸阅读

Fluent中大涡模拟湍流模型是否可以和VOF模型一起使用?

我可以很明确地告诉你,大涡模拟湍流模型(LES)不能用于多相流的VOF模型。

你可以看一下Fluent帮助文档里面的VOF模型介绍,里面有一节叫作“VOF模型的概述及局限性”(Overview and Limitations of the VOF Model),里面明确提到二者不能一起使用。

湍流方程?

湍流模型是指确定湍流输运项的一组代数或微分方程,通过这组方程,Reynolds方程得以封闭.它基于对湍流过程的假设,借助经验常数或函数,建立高阶湍输运项与低阶湍输运项直至与平均流之间的某种关系。

湍流的尺度远大于分子平均自由程,仍然满足连续介质假设。大部分人认为NS 方程可以描述湍流。

k-ε模型中k和ε的单位是什么?

k-ε模型中的k的单位是焦耳(J),ε是耗散率,没有单位,或者说单位是1或%.

  k-ε模型是流体力学中常用的湍流模型。其中的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。

  但是由于湍流脉动的尺度范围很大,计算的实际问题可能并不会如上所说的那样存在一个确切的正比和反比的关系。在多尺度湍流模式中,湍流由各种尺度的涡动结构组成,大涡携带并传递能量,小涡则将能量耗散为内能。

  在入口界面上设置的K和湍动能尺度对计算的结果影响大。

从空气动力学理论角度分析为什么要使用湍流模型?

湍流模型是指确定湍流输运项的一组代数或微分方程,通过这组方程,Reynolds方程得以封闭。它基于对湍流过程的假设,借助经验常数或函数,建立高阶湍输运项与低阶湍输运项直至与平均流之间的某种关系。

目前常用的湍流模型可根据所采用的微分方程数进行分类为:零方程模型、一方程模型、两方程模型、四方程模型、七方程模型等。对于简单流动而言,一般随着方程数的增多,精度也越高,计算量也越大、收敛性也越差。但是,对于复杂的湍流运动,则不一定。

流体分析中k-epsilon是什么意思?

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。

  ② RNG 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。  

  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。但是最初的研究表明可实现的k-ε模型在所有k-ε模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。

  该模型适合的流动类型比较广泛,包括有旋均匀剪切流,自由流(射流和混合层),腔道流动和边界层流动。对以上流动过程模拟结果都比标准k-ε模型的结果好,特别是可再现k-ε模型对圆口射流和平板射流模拟中,能给出较好的射流扩张。

次留模型是什么?

不是次留模型,应该叫做湍流模型(英文名:turbulence model),是指微分方程类型,常用的湍流模型可根据所采用的微分方程数进行分类为:零方程模型、一方程模型、两方程模型、四方程模型、七方程模型等。湍流是不规则、多尺度、有结构的流动,一般是三维、非定常的,具有很强的扩散性和耗散性。

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