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Chapter 6湍流模型
Introductory FLUENT Training
湍流模型介绍
湍流特征
从 NS方程组到雷诺平均 NS 模型(RANS)
雷诺应力张量及方程封闭问题
湍动能方程(k)
涡粘模型(EVM)
雷诺应力模型
近壁区处理及网格要求
入口边界条件
总结
附录
湍流特征
湍流本质是非稳态的、三维的、非周期的漩涡运动(脉动)的,湍流会加强混合、传热和剪切.
瞬态扰动在时空上是随机的, 但可以以湍流脉动的统计平均方法解释流体的输运基理.
所有的湍流中都存在大范围的长度尺度(涡尺度).
对初始条件敏感.
湍流结构(Turbulent Flow Structures)
Small
Structures
Large
Structures
Energy Cascade (after Richardson, 1922)
Injectionof energy
Dissipationof energy
Dissipating eddies
Large-scale eddies
Flux of energy
流态判断
外流
内流
自然对流
沿表面
沿障碍物
where
where
其它因素如自由来流的湍流,表面条件,吹风,抽气和其它扰动都会导致在低雷诺数下流动向湍流转变.
(Rayleigh number)
(Prandtl number)
雷诺数的影响(Reynolds Number Effects)
Re > ×106
3×105 < Re < ×106
40 < Re < 150
150 < Re < 3×105
5-15 < Re < 40
Re < 5
湍流涡街,但分离区比层流窄
边界层向湍流转变
分离点之前层流边界层,湍流尾迹
层流涡街
尾迹中存在一对稳定的涡
附着流(无分离)
阶梯流
瞬态速度云图
时均速度云图
横向流动羽流
左图是抓拍的瞬态羽流图,右图是时均流态(忽略涡的影响)
横向流中的射流
时间平均定义
瞬态值定义为时均值和扰动量的和
时均化NS方程组,得到雷诺平均NS方程组:
雷诺平均方程及封闭问题
雷诺应力张量, Rij
雷诺应力张量(Reynolds Stress Tensor)
Rij 是对称二阶张量; 时均化动量方程中的对流项得到.
雷诺应力表示高扩散湍流(随即扰动)输运的平均作用.
雷诺平均方程中的雷诺应力张量表示由于湍流脉动引起的混合及时均作用引起的光滑的效果.