湍流模型
關(guān)注創(chuàng)建者：砥力 創(chuàng)建時(shí)間：2019-11-15
湍流模型的視頻教程
#295-ANSYS FLUENT攪拌器仿真手把手零基礎(chǔ)入門進(jìn)階有聲解說教程
四、仿真基本設(shè)置 設(shè)置計(jì)算模式為基于壓力的瞬態(tài)計(jì)算； 設(shè)置湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型，使用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)； 設(shè)置流體材料屬性，密度1200，粘度0.002； 設(shè)置上槳區(qū)和下槳區(qū)轉(zhuǎn)速為800r/min。
￥268 3小時(shí)57分鐘 1932播放
查看
湍流模型的實(shí)例教程
當(dāng)然最好利用的就是大自然無比復(fù)雜的湍流和它的湍流模型。
什么時(shí)候湍流模型才是重要的
這里我要是堅(jiān)持講湍流模型不重要，有丟了小命的可能，多少博士用它畢了業(yè)，多少國(guó)家基金靠它支撐經(jīng)費(fèi)盤子，多少失敗的仿真用它將責(zé)任推給了復(fù)雜的大自然。但是我希望你好好問問自己，你的算例真的只有湍流模型在搗亂嗎？
有兩種情況湍流模型才是真正重要的：
1.簡(jiǎn)單的案例，仿真結(jié)果已經(jīng)與準(zhǔn)確值比較接近。例如平板流動(dòng)，這么經(jīng)典的流動(dòng)，仿真可以八九不離十，湍流模型上的差異就是最大的誤差來源。
2.湍流是最重要的因素，湍流是否準(zhǔn)確模擬直接決定仿真是否準(zhǔn)確。例如分離流，湍流常常可以決定是否有分離產(chǎn)生以及分離的強(qiáng)度。
以下狀態(tài)就不要糾結(jié)湍流模型了
1.誤差超過了50％。（湍流模型一般沒有這么大禍害）
2.湍流與層流狀態(tài)的差異都可以接受。
問題來了，如何判斷對(duì)于具體算例湍流模型是否重要？
用極限狀態(tài)：湍流和層流狀態(tài)考核。如果這兩個(gè)極端狀態(tài)之間的差異你都可以接受，那么用什么湍流模型還值得糾結(jié)么？
有人說不對(duì)，湍流模型之間有很大的差別不能忽略。這好比鞋子之間有很大的差別，如果光腳和穿鞋都沒有差別了，你的腳還介意鞋子之間的差別嗎？
好的湍流模型
經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。滿足要求，最節(jié)約成本的模型（消耗合理的時(shí)間、內(nèi)存滿足基本精度要求）。
謝謝，不用你花我的錢來告訴我，魚翅泡飯是最好吃的飯，我只想知道我用10塊錢該買什么飯。
好湍流模型的最重要指標(biāo)，不是精度而是成本。希望以后你對(duì)比不同湍流模型一定列出它們所需要的成本。
沒有價(jià)格的對(duì)比，取勝的永遠(yuǎn)是魚翅泡飯。沒有成本的對(duì)比，最好的湍流模型一定是消耗最多時(shí)間和內(nèi)存的模型。
總結(jié)
我不是個(gè)壞人，不想剝奪這個(gè)高大上的遮羞布。我只想說，人都是苦蟲，有了這塊遮羞布不用責(zé)怪自己，難免失去深入研究的動(dòng)力，喪失真正的進(jìn)步機(jī)會(huì)。
展開 該模型專為航空航天應(yīng)用設(shè)計(jì)，特別適用于涉及壁面邊界流動(dòng)的高雷諾數(shù)湍流問題。在低雷諾數(shù)流動(dòng)中，S-A模型精度就偏低了。
■ S-A模型
標(biāo)準(zhǔn)k-?模型是兩方程模型，通過引入湍流動(dòng)能 k和湍流能量耗散率 ?兩個(gè)變量來描述湍流流動(dòng)。
該模型應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，大多數(shù)問題都可以用這個(gè)模型嘗試解決，也是AICFD的默認(rèn)湍流模型。
但在低雷諾數(shù)流動(dòng)和層流到湍流過渡流動(dòng)中，該模型存在一定局限性。不過前面也說了，工程中遇到的問題絕大部分都是發(fā)展充分的湍流，除非極少數(shù)情況。
■ 標(biāo)準(zhǔn)k-?模型
標(biāo)準(zhǔn)k-?模型是兩方程模型，通過引入湍流動(dòng)能 k和湍流能量耗散率 ?兩個(gè)變量來描述湍流流動(dòng)。
該模型應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，大多數(shù)問題都可以用這個(gè)模型嘗試解決，也是AICFD的默認(rèn)湍流模型。
但在低雷諾數(shù)流動(dòng)和層流到湍流過渡流動(dòng)中，該模型存在一定局限性。不過前面也說了，工程中遇到的問題絕大部分都是發(fā)展充分的湍流，除非極少數(shù)情況。
■ RNG k-?模型
RNG k-?是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)k-?模型的改進(jìn)，適用于分離較大的流動(dòng)，比如分離流、二次流和旋流。
■ 可實(shí)現(xiàn)的k-?模型
該模型也是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)k-?模型的改進(jìn)，在低雷諾數(shù)、湍流過渡和湍流分離等流動(dòng)模擬時(shí)，會(huì)有更高的精度。
■ 標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型
該模型也是經(jīng)典的兩方程模型，相比標(biāo)準(zhǔn)k-?模型在模擬壁面附近流動(dòng)時(shí)具有更高精度，因此也更適合邊界層的模擬。但由于標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型在描述外部流動(dòng)時(shí)相比k-?模型要差，因此該模型的學(xué)術(shù)意義大于工程價(jià)值。
■ SST k-omega模型
該模型是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)k-omega的改進(jìn)，精度較高，已經(jīng)越來越得到工程中的接受和認(rèn)可。目前基本和標(biāo)準(zhǔn)k-?模型并列，成為工程領(lǐng)域CFD模擬的兩大湍流模型之一。
介紹這么多，你很可能還是一頭霧水，實(shí)際仿真選哪個(gè)？
展開 不同湍流模型的影響和計(jì)算代價(jià)如下圖所示：
湍流模型總結(jié)
4. 后處理內(nèi)容
在該案例中，后處理內(nèi)容如下：
管道壓降
管道壓降的最后100迭代步平均值
速度矢量圖線積分卷積
湍流長(zhǎng)度尺度（turbulence lengthscale）和湍流粘度比（turbulence viscosity ratio）
RSM模型的雷諾應(yīng)力云圖
壁面y+云圖
使用field function自定義運(yùn)動(dòng)粘度（kinematic viscosity）、積分長(zhǎng)度尺度（Integral Length Scale）、泰勒微尺度（Taylor Microscale）、Kolmogorov 微尺度（Kolmogorov scales）：
相應(yīng)的渦長(zhǎng)度尺度如下圖所示：
5. 計(jì)算過程
兩方程模型計(jì)算600迭代步，并取最后100迭代步的管道壓降平均。
RSM模型基于realizable k-ε收斂的結(jié)果再計(jì)算600迭代步。
Realizable k-epsilon模型的收斂性如下圖所示：
EB RSM模型的收斂性如下圖所示：
6. 結(jié)果分析
下面從幾個(gè)方面來對(duì)比分析不同湍流模型的結(jié)果。
（1） 湍流模型對(duì)流態(tài)的影響
? 相比于RSM模型，Realizable k-ε模型模擬的分離位置靠后。
展開 這將排除比例自適應(yīng)模擬(SAS)、分離渦模擬(DES)、屏蔽渦模擬(SDES)或應(yīng)力混合渦模擬(SBES)等混合模型，這些模型都基于整個(gè)區(qū)域的RANS和LES部分的一組動(dòng)量方程。值得注意的是，一旦湍流模型被引入動(dòng)量方程，它們不再攜帶任何關(guān)于其推導(dǎo)(平均)的信息。在RANS和LES中，最流行的模型都是用來代替雷諾數(shù)或者子網(wǎng)格應(yīng)力張量的渦流粘度模型。引入渦流粘度(湍流粘度)后，RANS和LES動(dòng)量方程形式上是相同的。不同之處在于湍流模型所提供的渦流粘度的大小。這使得湍流模型的制定可以從RANS模式切換到LES模式，通過適當(dāng)降低LES區(qū)域的渦流粘度，而不需要對(duì)動(dòng)量方程進(jìn)行任何形式的改變。
02—
Boussinesq Approach vs. Reynolds Stress Transport Models
湍流模型的雷諾數(shù)平均方法要求對(duì)方程4-4（參見上一篇
【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（1））中的雷諾應(yīng)力進(jìn)行適當(dāng)建模。一種常用的方法是使用Boussinesq假設(shè)將雷諾應(yīng)力與平均速度梯度聯(lián)系起來:
Boussinesq假設(shè)用于Spalart-Allmaras模型,k-ε模型和k -ω模型。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是與計(jì)算湍流粘度相關(guān)的計(jì)算成本相對(duì)較低。在Spalart-Allmaras模型中，僅求解了一個(gè)附加的傳輸方程(表示湍流粘度)。
展開 因此有必要對(duì)湍流進(jìn)行建模。
RANS方法可能會(huì)帶來很大的誤差，誤差的大小取決引入湍流模型的細(xì)節(jié)，這一問題沒有通用的解決方案，因?yàn)?em>湍流模型和湍流建模方法很多。當(dāng)然仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性還取決于其他方面，包括數(shù)值、求解、壁面處理等。
作為CFDer，需要了解湍流以及如何對(duì)它們進(jìn)行建模。
RANS建模：模型的封閉
RANS的控制方程中，具有三個(gè)動(dòng)量方程、質(zhì)量守恒方程、三個(gè)速度分量和壓力，同時(shí)也有額外的六個(gè)雷諾應(yīng)力分量。獨(dú)立變量數(shù)超過了方程數(shù)，因此無法直接求解方程組。
湍流模型的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
湍流模型的最新內(nèi)容
關(guān)鍵詞：CFD，有限元，對(duì)流項(xiàng)，繞流，迎風(fēng)格式，湍流模型
在《流體有限元求解器開發(fā)-不可壓定常流動(dòng)模型》一文中，我們介紹了考慮對(duì)流項(xiàng)的不可壓流動(dòng)求解器的實(shí)現(xiàn)。
然而正如所預(yù)料的那樣，一旦流速高一些，或者粘性小一些，仿真結(jié)果就容易發(fā)散，收斂性成為一大難題。
為了解決這個(gè)問題，CFD大神們想出了各種手段，有的嚴(yán)格按照理論去處理盡力彌合。
通過本課程，您將為高級(jí)CFD主題（如離散化、有限體積法、湍流模型以及 ANSYS Fluent、OpenFOAM、STAR-CCM+ 等商業(yè)CFD軟件）打下堅(jiān)實(shí)的概念基礎(chǔ)。
本課程非常適合工程學(xué)生、初學(xué)者、研究人員以及希望真正理解CFD而不僅僅是使用軟件工具的專業(yè)人士。
求解過程分別采用穩(wěn)態(tài)GEKO湍流模型和瞬態(tài)SBES進(jìn)行對(duì)比分析。通過與全尺寸油泥模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，穩(wěn)態(tài)GEKO方法風(fēng)阻系數(shù)誤差控制在3%以內(nèi)，適用于快速優(yōu)化仿真；SBES方法雖僅完成單工況計(jì)算，但展現(xiàn)出更高的絕對(duì)精度，可能具備作為關(guān)鍵工況高精度驗(yàn)證的潛力，仍需進(jìn)一步研究驗(yàn)證。本研究為基于Fluent的汽車外氣動(dòng)仿真開發(fā)提供了全新的標(biāo)準(zhǔn)化流程。
您將掌握用于處理移動(dòng)和變形邊界的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，用于模擬復(fù)雜液體和顆粒懸浮液的歐拉及離散相多相流仿真，以及在真實(shí)案例研究中應(yīng)用的湍流模型（如 k-epsilon、k-omega RNG）、共軛傳熱和非穩(wěn)態(tài)（瞬態(tài)）分析。通過逐步教程，您將學(xué)習(xí)如何使用尖端的 ANSYS 后處理工具提取、解釋和驗(yàn)證仿真數(shù)據(jù)，包括速度、壓力、溫度、湍流強(qiáng)度、空化區(qū)域和混合時(shí)間等。
科普 | CAE仿真智能體，工程師的Seedance來了2個(gè)月前
比如CFD中的湍流模型選擇，就是典型的經(jīng)驗(yàn)性工作，很費(fèi)神。
再比如，網(wǎng)格劃分時(shí)的y+和邊界層高度選擇，也是典型的經(jīng)驗(yàn)性和流程性工作，很費(fèi)腦。
未來，工程師的核心價(jià)值應(yīng)體現(xiàn)在“定義問題”和“判斷”，而不是熟悉軟件操作、檢索行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)歷史案例。
有了仿真智能體，工程師只需描述仿真需求，比如”計(jì)算物體在空氣運(yùn)動(dòng)的壓力分布，速度50m/s“。
</p><p><br></p><p><strong>3.2 </strong><strong style="background-color: rgba(1, 0, 0, 0);">符號(hào)回歸的湍流模型</strong></p><p> 可靠的湍流封閉模型是飛行器氣動(dòng)模擬的基石。
，以及各類模型的適用場(chǎng)景
前置要求
無編程經(jīng)驗(yàn)要求
課程介紹
本課程為你逐步講解 OpenFOAM 中幾何建模、算例搭建、湍流模型設(shè)置與后處理的全流程。
，以及各類模型的適用場(chǎng)景
前置要求
無編程經(jīng)驗(yàn)要求
課程介紹
本課程為你逐步講解 OpenFOAM 中幾何建模、算例搭建、湍流模型設(shè)置與后處理的全流程。
求解設(shè)置
根據(jù)該款旋轉(zhuǎn)機(jī)械的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過理論計(jì)算得到該旋轉(zhuǎn)機(jī)械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數(shù)為0.075，為不可壓縮流動(dòng)，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的k-ε Realizable模型。對(duì)于動(dòng)區(qū)域計(jì)算模型，本次穩(wěn)態(tài)計(jì)算選擇了網(wǎng)格靜止不動(dòng)的MRF旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法，計(jì)算迭代步數(shù)400步，相關(guān)設(shè)置如下。
學(xué)習(xí)者將建立計(jì)算域，生成網(wǎng)格，指定邊界條件，選擇合適的求解器和湍流模型，并在OpenFOAM中運(yùn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)RANS模擬。通過ParaView的系統(tǒng)后處理，學(xué)習(xí)者將分析速度場(chǎng)、壓力分布、湍流粘度、流動(dòng)分離和重連接長(zhǎng)度，并比較不同湍流模型的預(yù)測(cè)。課程還強(qiáng)調(diào)計(jì)算流體力學(xué)的最佳實(shí)踐，包括網(wǎng)格質(zhì)量考慮、近壁分辨率、收斂監(jiān)測(cè)以及基于參考數(shù)據(jù)的基本模型驗(yàn)證。
