Fluent中湍流模型选择的指南

1.      介绍

湍流是流体在中到高雷诺数下的三维非定常随机运动。由于工程流动通常基于低粘度流体，因此几乎所有的工程流动都是湍流。包括：①动量、能量和组分的混合；②传热；③压力损失和效率；④气动体上的力。

虽然湍流原则上由N-S方程描述，但大多数情况，通过直接数值模拟（DNS）解决时间和空间上的大范围尺度是不可行的。因为对CPU要求远远超过未来可预见的计算能力。因此，必须对N-S的程进行平均，以滤掉所有、或至少部分湍流谱。

应用最广泛的平均方程为雷诺时均（RANS）。通过这个方程（实际上是时间平均），流动中所有湍流结构被消除，得到了平均速度场和压力场的光滑变化。然而，这个平均过程会在输运方程（雷诺应力和通量）中引入新的未知项，因此需要提供合适的湍流模型，即使湍流方程封闭。数值模拟的质量取决于湍流模型的选择，选择合适的湍流模型以及为所选模型提供合适的数值网格是十分重要的。

除了RNS方法外，另一个选择是尺度解析模拟（SRS）模型（Scale-Resolving Simulation） .SRS方法会在部分流体域中至少解析一部分湍流谱（涡结构）。这种方法中最著名的是大涡模拟(LES)，但许多新的混合（RAN和LES之间）模型正在出现。需要注意的是，由于所有SRS方法的瞬态模型都需要较小时间步长，这些方法在计算上的花费要比RANS多很多。

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