ANSYS Fluent湍流判断与模型选择指南

层流&湍流判断

  1. 当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流。
  2. 当流速增加到很大时,流线不再清晰可辨,流场中有许多小璇涡,层流被破坏,相邻流层间不但有滑动,还有混合,这时的流体做不规则运动,有垂直于流管轴线方向的分速度产生,这种运动称为湍流。




概述

工业流动中广泛应用的RANS湍流模型及场合

ANSYS Fluent 湍流判断和湍流模型(一)的图5


湍流模型计算开销

ANSYS Fluent 湍流判断和湍流模型(一)的图6

一、Inviscid 无粘性

用于粘性力相对于惯性力可以忽略的流动。

计算过程忽略粘性作用。

二、Laminar层流

用于计算域内流动状态为层流时。

层流计算,不需要参数。

三、Spalart-Allmaras SA模型

用于航空领域、透平机械、涡轮机械、几何简单的外流场计算

  1. 特点
  • 只需求解一个输运方程,相比其他湍流模型计算速度快。
  • 对逆压梯度问题结果较好。
  • 无法准确模拟自由剪切流,如射流。
  • 无法准确模拟均匀衰减、各项同性湍流。
  • 使用:参数基本采用默认

ANSYS Fluent 湍流判断和湍流模型(一)的图7

四、k-epsilon k-ε模型

应用最广泛,包括三种形式:标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε。

  1. 标准k-ε:
  2. 工程中应用最广泛;稳定且相对精确;包括可压缩、浮力、燃烧等子模型;
  3. 必须使用壁面函数;在流动有强分离、大压力梯度情况下结果不太准确。
  4. 2. RNG k-ε:
  5. 对更复杂的剪切流来说比标准k-ε表现更好,比如剪切流,旋涡和分离流;
  6. 旋流修正;解决低雷诺数下的differential viscosity模型。
  7. 3. Realizable k-ε:
  8. 对平面射流和圆形射流的散布率预测得更加精确;
  9. 对包括旋转、逆压梯度下的边界层、分离,循环流动提供较好的性能。
  10. 使用:一般选择子模型和壁面函数,其他默认。




五、k-omega k-ω模型

包括三种形式:标准k-ω, SST k-ω。

对于有压力梯度的大范围边界层流动精确稳定。

  1. 1. 标准k-ω:
  2. 航天和涡轮机械领域广泛应用;
  3. 下边包括低雷诺数修正Low-Re Corrections,剪切流动修正 Shaear Flow Corrections;
  4. 2. SST k-ω
  5. 包含修正的湍流粘性公式来解决湍流剪应力引起的运输效果;




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