Fluent湍流計算的案例
FLUENT中的“湍流模型”是什么東西？
FLUENT在計算湍流流動的時候，實際上求解的是湍流的平均運動。我們在觀看計算結果的云圖時，圖中所顯示的速度、壓力其實都是平均運動的速度和壓力。
但是這帶來一個問題。我們知道，在層流流動中，根據牛頓內摩擦定律，粘性切應力等于速度梯度乘以粘性系數；這種粘性切應力產生的原因是存在分子不規則運動的動量交換以及分子間的吸引力。但是，在湍流流動中，用平均運動的速度梯度乘以粘性系數來計算切應力是不恰當的。這是因為，在湍流流動中，非定常旋渦運動使得相鄰的流體層之間有很強的動量交換效應，這種動量交換效應要遠遠強于分子不規則運動導致的動量交換。所以，不能直接用Navier-Stokes方程組來計算湍流的平均運動。目前最流行的辦法就是，在計算湍流的平均運動時，將Navier-Stokes方程組中的粘性系數換成一個大得多的“湍流粘性系數”，以反映湍流中非定常旋渦運動導致的動量交換效應（這就是湍流模擬中所謂的“Bousinessq湍流粘性系數假設”）。
對于文章開頭的那個二維射流的例子，我們可以在后處理中顯示出湍流粘性系數的分布（圖5、圖6）。可以看出，湍流粘性系數要比流體本身的粘性系數（μ=10-5Pa?s）大幾個數量級。
展開 ANSYS Fluent 湍流判斷和湍流模型（一）
SST k-ω
包含修正的湍流粘性公式來解決湍流剪應力引起的運輸效果；
文章來源：水木制造
【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（2）
Reynolds Stress Transport Models
湍流模型的雷諾數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））中的雷諾應力進行適當建模。一種常用的方法是使用Boussinesq假設將雷諾應力與平均速度梯度聯系起來:
Boussinesq假設用于Spalart-Allmaras模型,k-ε模型和k -ω模型。這種方法的優點是與計算湍流粘度相關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)。k-ε和k-ω模型的情況下,兩個額外的傳輸方程(湍流動能和湍流耗散率,或指定的耗散率)被求解，μ_t作為k和ε或k和ω的函數被計算。Boussinesq假設的缺點是它假設μ_t是一個各向同性的標量,這并不完全正確。各向同性湍流粘度的假設通常適用于只有一個湍流剪應力主導的剪切流。這覆蓋了許多流動，如壁面邊界層、混合層、射流等等。
RSM中體現的另一種方法是求解雷諾應力張量中每一項的傳輸方程。還需要一個附加的（通常是ε或ω）尺度決定方程。這意味著在二維流動中需要五個附加輸運方程，而在三維流動中需要七個附加輸運方程。
在許多情況下，基于Boussinesq假設的模型表現很好，雷諾應力模型的額外計算開銷是不必要的。然而，在湍流的各向異性對平均流有顯著影響的情況下，RSM顯然是優越的。這種情況包括高旋流和應力驅動的二次流。
展開 【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（1）
該過濾過程有效地過濾了尺度小于計算中使用的過濾寬度或網格間距的渦流。由此得到大渦的動力學控制方程。濾波后的變量(用上劃線表示)定義如式4-5所示:
其中D為流體域，G為決定分辨渦旋尺度的過濾函數。
在ANSYS Fluent中，有限體積離散化本身隱含地提供了過濾操作:
其中V為計算單元的體積。這里隱含的過濾函數G(x,x')則是
ANSYS Fluent中的LES適用于可壓縮流和不可壓縮流。然而，為了簡明的表述，下面的理論首先討論了不可壓縮流。
過濾連續性和動量方程，得到：
其中是分子粘度引起的應力張量
對能量方程進行過濾，得到:
式中h_s為顯熱焓，λ為導熱系數。
式(4-12)中的次網格焓通量項采用梯度假設近似:
其中為次網格粘度，為次網格普朗特數，等于0.85。
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fluent中的湍流阻尼
因此，需要在界面區設置湍流阻尼，才能正確地模擬這種流動。
注意:渦流阻尼只有k-ω模型可用。
添加以下源項到ω方程：
其中，
A_i是i相的界面面積密度；
Δn是單元到界面的法向高度；
β是封閉k-ω模型破壞系數項,等于0.075；
B是阻尼因子；
μ_i是相i的粘度；
ρ_i是相i的密度。
相i的界面面積密度計算為：
其中，
α_i是相i的體積分數；
|Δα_i|是體積分數梯度的大小。
網格大小Δn是使用網格信息在內部計算的。您可以在粘性模型對話框中指定阻尼因子B。阻尼因子的默認值為10。
湍流阻尼是可用的對VOF和混合模型。注意，當使用非混合相流體模型時，它也適用于歐拉多相流模型。
如果啟用了歐拉多相模型，則可以指定湍流多相模型。如果每相都使用湍流模型,那么ω方程的源項添加到每個相。如果啟用了VOF或混合模型,或歐拉多相模型與混合湍流模型,這時所有相求和作為源項添加到混合水平的ω方程。
展開 【湍流】fluent中的Spalart-Allmaras模型
修正后的湍流粘度ν ?的輸運方程為
式中，G_v為湍流粘度的產生，Y_v為近壁面區域由于壁面堵塞和粘性阻尼而產生的湍流粘度的破壞。
σ_ν ? 和C_b2是常量，ν是分子運動粘度。S_ν ? 是用戶定義的源項。注意，由于Spalart-Allmaras模型中沒有計算湍流動能k，所以在估計雷諾應力時忽略了方程4-14（參見上一篇文章【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（2））中的最后一項。
02—
湍流粘度模型
湍流粘度μ_t由下式計算：
其中粘性阻尼函數f_ν1為:
03—
湍流產生模型
產生項G_v為：
其中，
C_b1和k是常數，d是到壁面的距離，S是變形張量的標量度量。在ANSYS Fluent中，與Spalart和Allmaras提出的原始模型一樣，S是基于渦量的大小:
其中Ω-ij是平均旋轉速率張量，由
S的默認表達式的對于剪切流，渦量和應變率是相同的。在滯止線等無粘性流動區域，由于應變率引起的湍流生產可以是非物理的，渦度的優點是零。曾有人提出一種替代公式并將其引入ANSYS Fluent中。
展開 【湍流】fluent中的 Standard k-ω Model
注：以下內容來自fluent theory guide
ANSYS FLUENTT中的標準k-ω模型是基于Wilcox k-ω模型,這包含對低雷諾數效應,壓縮,剪切流的修正。Wilcox模型的弱點之一是解對剪切層外k和ω值的敏感性。雖然在ANSYS Fluent中實現的新公式減少了這種依賴性，但它仍然可以對求解產生顯著的影響，特別是對于自由剪切流。
標準k-ω模型是一種基于湍流動能(k)和耗散率(ω)輸運方程的經驗模型,也可以認為是ε比k。k-ω模型被修正這些年來,產生源項已經被添加到k和ω方程,這大大改進了模型預測自由剪切流的準確性。
01—
標準k-ω模型的輸運方程
湍流動能k和耗散率ω,從以下輸運方程得到:
其中G_k表示平均速度梯度產生的湍流動能；
G_w表示w的生成；
τ_k 和 τ_w分別代表k和w的有效擴散系數；
Y_k和Y_w表示k和w在湍流作用下的耗散；
S_k和S_w是用戶定義的源項；
以上各項計算方法如下。
展開 編寫了一個湍流參數估計的程序（fluent）
摘要：在流固耦合分析中，通常在邊界條件中，要輸入湍流強度，水力直徑，湍動能，耗散率等參數。本文開發了一個小程序，可根據流體密度，速度，水力直徑，動力粘度來計算fluent的相關參數，也可根據速度，水力直徑和湍流強度來計算fluent的相關參數。。
00 界面介紹
在Input Parameters中填入前4個參數后，點擊開始估算紅色按鈕，則后面8個參數自動計算并顯示；或者在Input Parameters中填入流體速度，水力直徑，湍流強度（紫色字），點擊開始估算紅色按鈕，則下面6個參數自動計算并顯示。
01 填入前4個參數
02 填入紫色字3個參數
03 部分代碼展示
展開 波紋管湍流流動FLUENT仿真 ￥299
波紋管結構是熱交換器設備的常用組件，波紋管湍流模擬需要有特殊的網格處理方式。本算例以周期邊界算法為基礎，驗證波紋管湍流仿真結果與實驗結果的對比。
模型主要邊界條件
模型網格
仿真結果，流線圖
與實驗結果對比，x方向速度
fluent中RNG k-ε湍流模型介紹
02—
模型的有效粘度
RNG理論中的尺度消除過程導出了湍流粘度的微分方程:
其中，
將上述方程積分以獲得有效湍流傳輸如何隨有效雷諾數(或渦流標度)變化的準確描述，從而允許模型更好地處理低雷諾數和近壁流。
在高雷諾數極限下，
由RNG理論導出，C_μ=0.0845，值得注意的是，這個值與standard k-ε中由經驗決定的0.09非常接近。
在ANSYS Fluent中，在默認情況下，有效粘度采用公式4-39中的高雷諾數形式計算。然而，當你需要包括低雷諾數效應時，有一個選項允許你使用方程4-38中給出的微分關系。
03—
RNG漩渦修正
湍流一般受平均流中旋轉或渦流的影響。ANSYS Fluent中的RNG模型提供了一個通過適當修改湍流粘度來考慮渦流或旋轉影響的選項。修改后的函數形式如下:
式中μ_t為采用式(4-38)或式(4-39)計算的不加渦流修正的湍流粘度值。Ω是在ANSYS Fluent中評估的特征旋流數，α_s是一個旋流常數，根據流量是旋流為主還是只是輕度旋流，取不同的值。當選用RNG模型時，這種渦流修正對軸對稱流動、旋渦流動和三維流動都有影響。
展開 CFX和FLUENT湍流之CFX_introduction of turbulence
[forum.simwe.com]1_turbulence_intro_2005.part3.rar
[forum.simwe.com]1_turbulence_intro_2005.part1.rar
[forum.simwe.com]1_turbulence_intro_2005.part2.rar
三十三、Fluent邊界條件湍流參數設置詳解
對于中等湍流水平，湍流粘度比可設置為10。</strong>而對于高湍流水平，這個數值最大可以設置為100。</p><p><br></p><p>大家在計算的過程中經常出現的一個問題，湍流粘度比被限制</p><p>Turbulent viscosity limited to viscosity ratio of 1.00e+05 in 1833454 cells</p><p>湍流粘度比過大，說明計算過程中湍流水平極高，已經達到了實際工況不可能的情況，Fluent對其進行限制。<strong>大概率是因為計算過程發散導致</strong>，因此需使計算收斂。</p><p>參考文章三十二、Fluent收斂判斷標準及方法</p><p><span style="color: rgb(95, 156, 239);">https://mp.weixin.qq.com/s/CBhO9yJhWhGxDUhzCQ_SNQ</span></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>3.4 估算湍動能Turbulent Kinetic Energy k</strong></p><p><br></p><p>湍動能是用來衡量湍流動能的物理量，用平均值和脈動值代替瞬時值后取平均，再將三方向方程相加，即得到湍動能方程。</p><p><br></p><p>以上定義不重要，我們只需知道<strong>可通過湍流強度I估算湍動能k，</strong>公式如下：</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy9N2FhkJ4HWNaJA2DPQMlmMDx5KoNVDNTDDFOic970Uy1SJkxUfZ2vwZlKclB1xrP0ibhpD2gbBokLg/640?
展開 fluent中standard k-ε湍流模型介紹
這些模型的主要區別如下：
湍流粘度的計算方法；
控制K和ε湍流擴散的湍流普朗特數；
ε方程中的生成項和消耗項；
Standard k-ε Model
雙方程湍流模型允許通過求解兩個獨立的輸運方程來確定湍流長度和時間尺度。Fluent中的standard模型就屬于這類模型，自Launder和Spalding提出以來，一直是實際工程流動計算的主力。它具有很好的魯棒性、經濟性和對大范圍湍流的合理預測，所以它在工業流動和傳熱模擬中非常受歡迎。它是一個半經驗模型，模型方程的推導依賴于現象和經驗。
standard模型是基于湍流動能K及其耗散率ε的輸運方程的模型。K的模型傳輸方程是從精確方程推導出來的，而ε的模型傳輸方程是通過物理推理得到的，與數學上的精確方程相似性很小。
在模型的推導過程中，假設流動完全是湍流，分子粘度的影響可以忽略不計。因此，standard模型只適用于完全湍流。隨著standard模型的優缺點逐漸為人所知，為了提高其性能，對其進行了一些改進。Fluent中有:RNG模型和relizable模型。
展開 定常不可壓縮后臺階湍流FLUENT仿真 ￥299
湍流模型一直是CFD計算中非常重要的一部分內容，以上圖所示的平板流動為例，勻速流體接觸到平板的前緣，開始形成一個層流邊界層。該區域的流動很容易預測。經過一段距離后，流場中開始出現較小的混沌振動，流動開始轉變為湍流，并最終完全轉變為湍流。
以后臺階湍流為例，研究FLUENT中提供的湍流模型計算結果與實驗數據對比，說明湍流仿真中的注意事項。
網格模型
充分發展湍流入口速度分布，以udf形式給定
速度分布
壁面摩擦系數，仿真計算結果對比
收費文件列表
展開 FLUENT 中 V2F 湍流模型應用介紹
本文主要參考 ANSYS Fluent V2F Turbulence Model Manual
本文內容介紹：
V2F 模型介紹
FLUENT中V2F模型激活應用
參考文獻
V2F 模型介紹
能否成功模擬流動分離現象的關鍵在于能否準確預測流動分離角。在這種模擬案例中，雷諾應力模型和湍流粘性系數模型均一定的局限性。湍流粘性系數模型（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。雷諾應力模型（RSM）盡管能夠捕捉到k-e模型無法得到的湍流特性，但其本質復雜性使得計算上常常無法應用。
V2F 模型是介于湍流粘性系數模型和雷諾應力模型之間的一種模型，基于Durbin的k-e-v2 模型上發展起來。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力項。
V2F模型是一種通用的低Re數湍流模型，因此在固體壁面近壁區域也適用，因此不需要壁面模型。模型對于流動分離現象模擬較為準確。
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。
湍流粘度（渦粘性）定義如下：
FLUENT 中默認的參數數值如下：
2.在FLUENT中應用V2F模型
本節主要內容：
激活V2F模型
定義邊界條件
3.
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