CFD理論|Reynolds平均法(RANS)

導讀:簡單介紹Reynolds平均法(RANS)

雖然瞬時的Navier-Stokes方程可以描述湍流,但是方程的非線性使得求解精確解極端困難,在工程應用上應用很少。

而均化的Navier-Stokes方程(《CFD理論|湍流流動方程》)可以將瞬態的脈動量通過時均化方程體現。Reynolds平均法的核心是不直接求解瞬態的N-S方程,而是想辦法求解時均化的湍流方程。

方程組封閉

上篇文章《CFD理論|湍流流動方程》討論到湍流基本方程的封閉性問題,方程數量(4)少于未知量數量(10),因此需要找到足夠的補充方程,使方程組封閉。補充的方程自然是圍繞湍流方程中多出來的二重相關量

( CFD理論|Reynolds平均法(RANS)的圖1 ,雷諾應力項)。要使方程封閉,需要對雷諾應力作相應假設,建立應力的表達式或引入新的湍流模型方程,通過這些表達式/湍流模型,將時均量和脈動量聯系起來,由于沒有特定的物理定律可以建立湍流模型,所以目前湍流模型只能以大量的試驗觀察結果為基礎。

根據對雷諾應力的處理方式不同,目前湍流模型分為兩大類:雷諾應力模型、渦粘模型。

雷諾應力模型

在雷諾應力模型方法中,直接構建表示雷諾應力的方程,雷諾應力方程是微分形式的,稱為雷諾應力方程模型。

如果將雷諾應力方程的微分形式簡化為代數方程的形式,則稱這種模型為代數應力方程模型,這樣雷諾應力模型就包括:(1)雷諾應力方程模型;(2)代數應力方程模型.這兩種模型我們將在下一篇文章詳細介紹。

渦粘模型

渦粘模型方法中,一般不直接處理雷諾應力項,而是引入湍流粘度,或稱渦粘系數。湍流粘度是根據Boussinesq假定提出,該假定建立了雷諾應力與平均速度梯度的關系:

CFD理論|Reynolds平均法(RANS)的圖2

1608031218(1).jpg

根據確定湍動粘度的微分方程個數,渦粘模型可以分為:

  • 零方程模型

  • 一方程模型

  • 兩方程模型

模型的具體我們將在下文介紹。

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文章截圖:

CFD理論_Reynolds平均法(RANS)_壹伴長圖1.jpg
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