湍流模型的案例
不要拿湍流模型當遮羞布——真的只是湍流算不準嗎？
當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。
什么時候湍流模型才是重要的
這里我要是堅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)，多少國家基金靠它支撐經(jīng)費盤子，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.簡單的案例，仿真結(jié)果已經(jīng)與準確值比較接近。例如平板流動，這么經(jīng)典的流動，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，湍流是否準確模擬直接決定仿真是否準確。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，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)濟實惠。滿足要求，最節(jié)約成本的模型（消耗合理的時間、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，不是精度而是成本。希望以后你對比不同湍流模型一定列出它們所需要的成本。
沒有價格的對比，取勝的永遠是魚翅泡飯。沒有成本的對比，最好的湍流模型一定是消耗最多時間和內(nèi)存的模型。
總結(jié)
我不是個壞人，不想剝奪這個高大上的遮羞布。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力，喪失真正的進步機會。
展開 CFD新手入坑指南：湍流模型怎么選
該模型專為航空航天應(yīng)用設(shè)計，特別適用于涉及壁面邊界流動的高雷諾數(shù)湍流問題。在低雷諾數(shù)流動中，S-A模型精度就偏低了。
■ S-A模型
標準k-?模型是兩方程模型，通過引入湍流動能 k和湍流能量耗散率 ?兩個變量來描述湍流流動。
該模型應(yīng)用場景廣泛，大多數(shù)問題都可以用這個模型嘗試解決，也是AICFD的默認湍流模型。
但在低雷諾數(shù)流動和層流到湍流過渡流動中，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。
■ 標準k-?模型
標準k-?模型是兩方程模型，通過引入湍流動能 k和湍流能量耗散率 ?兩個變量來描述湍流流動。
該模型應(yīng)用場景廣泛，大多數(shù)問題都可以用這個模型嘗試解決，也是AICFD的默認湍流模型。
但在低雷諾數(shù)流動和層流到湍流過渡流動中，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-?是對標準k-?模型的改進，適用于分離較大的流動，比如分離流、二次流和旋流。
■ 可實現(xiàn)的k-?模型
該模型也是對標準k-?模型的改進，在低雷諾數(shù)、湍流過渡和湍流分離等流動模擬時，會有更高的精度。
■ 標準k-ω模型
該模型也是經(jīng)典的兩方程模型，相比標準k-?模型在模擬壁面附近流動時具有更高精度，因此也更適合邊界層的模擬。但由于標準k-ω模型在描述外部流動時相比k-?模型要差，因此該模型的學(xué)術(shù)意義大于工程價值。
■ SST k-omega模型
該模型是對標準k-omega的改進，精度較高，已經(jīng)越來越得到工程中的接受和認可。目前基本和標準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，實際仿真選哪個？
展開 STAR-CCM+模型實例：模擬簡單彎管流動 ----不同湍流模型的對比
不同湍流模型的影響和計算代價如下圖所示：
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自定義運動粘度（kinematic viscosity）、積分長度尺度（Integral Length Scale）、泰勒微尺度（Taylor Microscale）、Kolmogorov 微尺度（Kolmogorov scales）：
相應(yīng)的渦長度尺度如下圖所示：
5. 計算過程
兩方程模型計算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
下面從幾個方面來對比分析不同湍流模型的結(jié)果。
（1） 湍流模型對流態(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 【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（2）
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區(qū)域的RANS和LES部分的一組動量方程。值得注意的是，一旦湍流模型被引入動量方程，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，通過適當降低LES區(qū)域的渦流粘度，而不需要對動量方程進行任何形式的改變。
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)力進行適當建模。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)點是與計算湍流粘度相關(guān)的計算成本相對較低。在Spalart-Allmaras模型中，僅求解了一個附加的傳輸方程(表示湍流粘度)。
展開 
湍流建模|01工程湍流模型（下）
因此有必要對湍流進行建模。
RANS方法可能會帶來很大的誤差，誤差的大小取決引入湍流模型的細節(jié)，這一問題沒有通用的解決方案，因為湍流模型和湍流建模方法很多。當然仿真結(jié)果的準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它們進行建模。
RANS建模：模型的封閉
RANS的控制方程中，具有三個動量方程、質(zhì)量守恒方程、三個速度分量和壓力，同時也有額外的六個雷諾應(yīng)力分量。獨立變量數(shù)超過了方程數(shù)，因此無法直接求解方程組。
干貨｜如何為你的CFD應(yīng)用選擇湍流模型？
如果需要在計算上獲得高于壁面函數(shù)所提供的精度水平，那么需要考慮一個能夠求解所有邊界層區(qū)域的湍流模型。例如，計算作用于某個對象上的升力和阻力、或者計算流體和壁面之間的熱傳遞。
/
4
關(guān)于各種湍流模型
以下8個RANS湍流模型的不同之處在于它們?nèi)绾翁幚砜拷诿娴牧鲃印⑶蠼獾母郊幼兞康膫€數(shù)以及這些附加變量的含義。所有這些模型都在Navier-Stokes方程中增加了一個額外的湍流渦粘度，但它們計算渦粘度的方式不同。（小編：這里列出了8種模型，但還有很多其他的RANS模型）
L-VEL和yPlus
L-VEL和代數(shù)yPlus湍流模型通過使用代數(shù)表達式計算渦粘度。該表達式僅僅使用當?shù)亓黧w速度和距最近壁面的距離。它們不求解任何額外的輸運方程。這些模型適用于任何流動，是8種湍流模型中最為穩(wěn)健、計算量最小的，但同時它們也通常是最不精確的模型。不可否認的是它們確實為內(nèi)部流動提供了很好的近似解，尤其是在電子設(shè)備冷卻的模擬應(yīng)用中。
Spalart-Allmaras
Spalart-Allmaras模型為無阻尼的渦粘度添加了一個附加變量。它是一個低雷諾數(shù)模型，可以求解到壁面的整個流場。該模型最初是為空氣動力學(xué)應(yīng)用而開發(fā)的。其相對穩(wěn)健，具有中等網(wǎng)格分辨率的要求。應(yīng)用經(jīng)驗表明，該模型無法準確地計算剪切流動、流動分離或衰減的湍流。它的優(yōu)點是非常穩(wěn)定，收斂性很好。
展開 FLUENT中的“湍流模型”是什么東西？
對于一個湍流模型，即使它預(yù)測某個特定的流動問題很準確，但是，如果換一個流動，也許就會誤差很大。
關(guān)于上述幾個湍流模型分別適用于計算哪些流動（即湍流模型的選擇問題），在FLUENT的User's Guide中有詳細的介紹。（在User's Guide中的“Choosing a Turbulence Model”這一節(jié)中的第一小節(jié)“Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) Turbulence Models”）
感謝北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院的研究生田久祾。他閱讀了本文的初稿并提出了很好的建議。
展開 ANSYS Fluent 湍流判斷和湍流模型（一）
使用：一般選擇子模型和壁面函數(shù)，其他默認。
五、k-omega k-ω模型
包括三種形式：標準k-ω, SST k-ω。
對于有壓力梯度的大范圍邊界層流動精確穩(wěn)定。
1. 標準k-ω：
航天和渦輪機械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用；
下邊包括低雷諾數(shù)修正Low-Re Corrections，剪切流動修正 Shaear Flow Corrections；
2. SST k-ω
包含修正的湍流粘性公式來解決湍流剪應(yīng)力引起的運輸效果；
文章來源：水木制造
CFD湍流模型介紹-下
因此有必要對湍流進行建模。
RANS方法可能會帶來很大的誤差，誤差的大小取決引入湍流模型的細節(jié)，這一問題沒有通用的解決方案，因為湍流模型和湍流建模方法很多。當然仿真結(jié)果的準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它們進行建模。
RANS建模：模型的封閉
RANS的控制方程中，具有三個動量方程、質(zhì)量守恒方程、三個速度分量和壓力，同時也有額外的六個雷諾應(yīng)力分量。獨立變量數(shù)超過了方程數(shù)，因此無法直接求解方程組。
FLUENT不收斂案例+邊界層分離時湍流模型的選用
從理論上來說[2]，有邊界層分離的時候，多數(shù)情況下分離再附區(qū)以及鈍體尾跡的渦脫落區(qū)屬于非平衡湍流區(qū)，即湍動能瞬時生成與湍動能瞬時耗散相差較大，因此應(yīng)該使用非定常算法來計算。（相反，不分離的順壓梯度邊界層屬于接近平衡湍流區(qū)，即湍動能生成近似等于湍動能耗散，用定常算法就足夠了）
圖6 流線圖。
改成非定常算法之后，發(fā)現(xiàn)只要設(shè)定合適的時間步長，每一個時間步內(nèi)都可以迭代收斂了。圖7顯示的是時間步長設(shè)為0.0001的情形，每個時間步只需迭代3~4次就能讓殘差下降到默認的收斂標準（1e-3）以下。問題得以解決。
圖7 用非定常算法計算時命令窗口的輸出。
雖然不收斂的問題得以解決，但是對于這個題還值得多說兩句。對于這種型面是光滑曲線的壁面上的逆壓梯度導(dǎo)致的分離流動，在CFD中要準確地模擬是不容易的，計算結(jié)果對湍流模型的依賴程度很大。例如，如果我們將湍流模型換成k-ε，就會發(fā)現(xiàn)算出的結(jié)果中并沒有明顯的邊界層分離。這可以從圖8（a）的速度x分量的云圖看出來。這里我們只顯示速度的x分量小于零的區(qū)域；因為邊界層分離總是伴隨著回流區(qū)的，而x分量小于零意味著回流。其它幾種湍流模型的計算結(jié)果也在圖8中進行了對比。
展開 如何使用湍流模型進行建筑復(fù)雜外流場CFD仿真分析？
針對復(fù)雜流體域，PERA SIM提供了多種湍流模型進行復(fù)雜流場的捕捉，提供了全面的邊界條件應(yīng)付各種復(fù)雜工況，并提供魯棒性強且高精度的流體求解器。該案例應(yīng)用PERA SIM模擬建筑群風(fēng)環(huán)境，評估高層建筑風(fēng)載及其分布規(guī)律，詳細介紹PERA SIM的建筑外流場CFD仿真流程。
一、網(wǎng)格導(dǎo)入
PERA SIM的網(wǎng)格導(dǎo)入接口可以導(dǎo)入多種網(wǎng)格格式，本案例導(dǎo)入的是msh格式的網(wǎng)格文件。
PERA SIM Fluid網(wǎng)格導(dǎo)入接口
導(dǎo)入的網(wǎng)格文件是某小區(qū)建筑，如圖所示。為了精準計算建筑物表面的壓力，建筑物表面和地面添加了5層的邊界層網(wǎng)格。
PERA SIM顯示建筑物外流場網(wǎng)格模型
二、材料賦予
建筑外流場的流體材料是空氣，PERA SIM提供材料創(chuàng)建界面，輸入空氣的密度和粘度。
PERA SIM材料創(chuàng)建
將創(chuàng)建好的空氣材料，賦予計算域。
材料賦予計算域
三、分析類型
PERA SIM對于CFD分析，提供了穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析，對于本案例的建筑外流場，采用穩(wěn)態(tài)分析即可。參考壓力設(shè)置為一個大氣壓。由于建筑外流場屬于強迫流動，不需要考慮重力的影響。
PERA SIM分析類型
四、湍流模型
PERA SIM提供了多種湍流模型供選擇，如層流模型、S-A模型、k-epsilon模型、k-omega模型、Transition-SST模型等。
PERA SIM提供的湍流模型
對于建筑外流場，由于湍流強度和旋流不算太強，選取Standard k-epsilon湍流模型是合適的。
展開 
Fluent/CFD湍流模型使用技巧（包括y+的相關(guān)問題）
這是2013年ansys中國用戶大會上的關(guān)于cfd湍流模型使用技巧培訓(xùn)上的課件，感覺很有意義，跟各位分享一下：
CFD湍流模型使用技巧培訓(xùn).part1.rar
CFD湍流模型使用技巧培訓(xùn).part2.rar
基于湍流模型的建筑復(fù)雜外流場CFD仿真分析
PERA SIM分析類型
四、湍流模型
PERA SIM提供了多種湍流模型供選擇，如層流模型、S-A模型、k-epsilon模型、k-omega模型、Transition-SST模型等。
PERA SIM提供的湍流模型
對于建筑外流場，由于湍流強度和旋流不算太強，選取Standard k-epsilon湍流模型是合適的。
選取Standard k-epsilon湍流模型
五、邊界條件
入口邊界類型設(shè)置為速度入口，法向速度為10m/s。
入口邊界類型
出口邊界類型設(shè)置為壓力出口，出口靜壓設(shè)置為0 Pa，回流方法為總壓，回流方向為垂直于邊界。
出口邊界類型
對于剩下的邊界，類型設(shè)置壁面，剪切條件類型為無滑移壁面，運動類型為靜止。
壁面邊界類型
六、分析任務(wù)設(shè)置
分析任務(wù)主要是設(shè)置求解方法、初始化、殘差控制、求解器和輸出控制。
求解方法選擇SIMPLE算法。
展開 FLUENT 中 V2F 湍流模型應(yīng)用介紹
本文主要參考 ANSYS Fluent V2F Turbulence Model Manual
本文內(nèi)容介紹：
V2F 模型介紹
FLUENT中V2F模型激活應(yīng)用
參考文獻
V2F 模型介紹
能否成功模擬流動分離現(xiàn)象的關(guān)鍵在于能否準確預(yù)測流動分離角。在這種模擬案例中，雷諾應(yīng)力模型和湍流粘性系數(shù)模型均一定的局限性。湍流粘性系數(shù)模型（例如k-e模型）常常失效，原因在于：對湍動能計算的高估，流線曲率的不敏感性和湍流脈動各向同性假設(shè)。雷諾應(yīng)力模型（RSM）盡管能夠捕捉到k-e模型無法得到的湍流特性，但其本質(zhì)復(fù)雜性使得計算上常常無法應(yīng)用。
V2F 模型是介于湍流粘性系數(shù)模型和雷諾應(yīng)力模型之間的一種模型，基于Durbin的k-e-v2 模型上發(fā)展起來。V2F模型整體方程形式與標準k-e模型相似，但考慮了壁面附近的湍流各向異性和非局域壓力應(yīng)力項。
V2F模型是一種通用的低Re數(shù)湍流模型，因此在固體壁面近壁區(qū)域也適用，因此不需要壁面模型。模型對于流動分離現(xiàn)象模擬較為準確。
V2F模型基本理論
V2f模型是基于輸運方程的四方程模型，對湍動能k，湍動能耗散率e，速度方差率v2和橢圓松弛函數(shù)f。在V2f模型，控制方程如下：
其中
湍流時間尺度T和長度尺度L定義如下：
以上方程中，各個變量命名方式復(fù)合FLUENT常用命名方式，f是橢圓松弛方程的解。V2f模型使用了橢圓算子來類比RSM模型中的壓力應(yīng)力項，橢圓算子是一種修正的Helmholtz算子，通過線性微分算子來處理壁面效應(yīng)。
湍流粘度（渦粘性）定義如下：
FLUENT 中默認的參數(shù)數(shù)值如下：
2.在FLUENT中應(yīng)用V2F模型
本節(jié)主要內(nèi)容：
激活V2F模型
定義邊界條件
3.
展開 基于OpenFOAM的RANS湍流模型應(yīng)用：渦粘度與雷諾應(yīng)力建模及工程仿真分析（英文，全套案例） ￥15
OpenFOAM 中 RANS 湍流建模介紹
發(fā)布于2025年12月
MP4 |視頻：h264,1920x1080
語言：英語 |時長：1小時30分鐘
容量：1.32 GB
你將學(xué)
到的內(nèi)容 描述雷諾-平均納維-斯托克斯方程、雷諾應(yīng)力的概念以及湍流建模的必要性。
解釋布辛內(nèi)斯克假說以及基于渦粘度的模型如何閉合RANS方程。
比較Spalart–Allmaras、標準k–ε、RNG k–ε、k–ω和SST k–ω模型，從假設(shè)、優(yōu)勢和局限角度看。
為分離流（如向后步）選擇RANS模型提供合理性。
配置網(wǎng)格、邊界條件、湍流屬性和求解器設(shè)置，用于不可壓縮RANS仿真。
使用ParaView提取并解讀速度、壓力和湍流粘度場。
描述LRR雷諾應(yīng)力模型（RSM）背后的關(guān)鍵思想，并解釋它如何克服基于渦粘度的RANS模型的局限性。
課程
介紹了使用OpenFOAM進行雷諾-平均納維–斯托克斯（RANS）湍流建模的全面且適合初學(xué)者，重點強調(diào)工程計算流體力學(xué)中廣泛使用的基于渦粘度的模型。該課程旨在彌合湍流理論與實際仿真技能之間的差距，適合剛接觸OpenFOAM和湍流建模的學(xué)生和初級工程師。課程從RANS公式基礎(chǔ)開始，解釋雷諾平均、閉合問題以及湍流應(yīng)力的物理意義。在此基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者將介紹渦粘性假說及其如何導(dǎo)致常用湍流模型。以下模型將詳細介紹：Spalart–Allmaras模型（單方程模型）標準k–ε模型標準k–ω模型SST k–ω模型每個模型都從其控制方程、基本假設(shè)、近壁處理、強度及已知局限角度進行討論。特別關(guān)注這些模型在分離流和循環(huán)流中的表現(xiàn)，這在實際工程應(yīng)用中很常見。
展開 