ANSYS Fluent湍流模型的选取与对比

ANSYS Fluent湍流模型的选取与对比

计算湍流运动主要通过三种方法,直接数值模拟(DNS)、大涡模拟(LES)和基于雷诺平均N-S方程组(RANS)模拟。

DNS直接求解全尺度的湍流N-S方程,可以得到湍流的全部信息。但是由于计算机条件的约束,只能求解一些低Re数的简单流动,对于复杂流动问题无法计算。

LES对湍流脉动部分进行直接模拟,从流场中去除小尺度涡,求解大涡方程。虽然LES方法计算成本相对DNS较小,但对于大部分工程问题仍然有很长的路要走。

RANS是将满足动力学方程的瞬时运动分解为平均运动和脉动运动,其中脉动项采用雷诺应力来体现,再根据各自经验、实验等方法对雷诺应力进行假设,从而封闭湍流的平均雷诺方程而求解,RANS相当于NS方程基础上添加了一个额外的粘度项。

RANS

对于该粘度项的处理方式不同,湍流模型分为很多种,ANSYS Fluent包括SA模型(Spalart-Allmaras)、k-ε方程(k-epsilon)、k-ω方程(k-omega)、3方程转捩模型(transition k-kl-omega)、4方程转捩模型(transition SST)、雷诺应力方程(Reynolds Stress)、SAS模型(Scale-Adaptive Simulation)、分离涡模型(Detached Eddy Simulation)、大涡模拟模型(LES),如下图所示。

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