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各种湍流模型

2018.4.08
各种湍流模型:

L-VEL 和 yPlus

L-VEL 和 yPlus 代数湍流模型仅基于局部流速和与最近壁面的距离来计算湍流粘度;它们不求解附加变量。这些模型求解了各处的流动,在所有七个模型中鲁棒性最好,且计算强度最低。虽然它们是精度最低的模型,但对内部流动却是很好的近似,尤其是在电子冷却应用中。

Spalart-Allmaras

Spalart-Allmaras 模型增加了一个额外的 Spalart-Allmaras 粘度变量,且不使用任何壁函数;它求解整个流场。模型最初针对空气动力学应用而开发,在求解单个附加变量时颇具优势。因此求解缓冲层流场时,它的内存要求低于其他模型。从经验来看,模型没有精确计算显示了剪切流、分离流,或衰减湍流的场。它的优势在于稳定和良好的收敛性。

k-epsilon

k-epsilon 模型求解了两个变量:K – 湍流动能;epsilon – 动能耗散率。本模型使用了壁函数,因此未模拟缓冲区中的流动。由于 k-epsilon 模型具有很好的收敛速率和相对较低的内存要求,因此在许多工业应用中都颇受欢迎。但它没有非常精确地计算显示了流动或射流中的逆压梯度和强曲率的流场。它对于复杂几何周围外部流动问题的求解效果确实很好,例如,k-epsilon 模型可用于求解钝体周围的气流。

k-omega

k-omega 模型类似于 k-epsilon,不过它求解的是 omega — 比动能耗散率。它同样使用了壁函数,因此有类似的内存要求。它的收敛难度较高,并且对解的初始猜测值非常敏感。因此,k-epsilon 模型常用于先行找出求解 k-omega 模型的初始条件。k-omega 对于 k-epsilon 模型不够精确的情况会非常有帮助,比如内部流动、表现出强曲率的流动、分离流,以及射流。流经弯管的流动就是一个很好的内部流动示例。

低雷诺数 k-epsilon

低雷诺数 k-epsilon 类似于 k-epsilon 模型,但没有使用壁函数。它求解了每个位置的流动,是对 k-epsilon 的合理补充,有着和后者一样的优势,但内存使用量更大。通常建议首先使用 k-epsilon 模型计算出一个良好的初始条件,然后用它求解低雷诺数 k-epsilon 模型。由于它并未使用壁函数,所以可以用更高的精度模拟升力和阻力,以及热通量。

SST

最后,SST 模型结合了自由流中的 k-epsilon 和靠近壁面处的 k-omega 模型。它没有使用壁函数,因此在求解靠近壁面处的流动时最为准确。SST 模型并非总能快速收敛得到解,因此通常会首先求解 k-epsilon 或 k-omega 模型,以获得较好的初始条件。在示例模型中,通过 SST 模型求解了在 NACA 0012 机翼表面的流动,结果与实验数据相吻合。


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