Fluent湍流仿真的案例
6月25-27日 成都 | Fluent 流體湍流場仿真工程應用
湍流模擬的難點及處理思路
4. 邊界層理論
湍流模擬
了解湍流模擬中的重難點問題
1. RANS模型及尺度解析模型
2. 渦粘假設
3. 湍流模型的選擇策略
4. 幾種最常用的湍流模型介紹
5. 壁面函數及壁面模型介紹
6. 轉捩模型介紹
Fluent湍流仿真
掌握利用Fluent模擬湍流問題的一般流程
1. 邊界層網格生成實踐
2. 壁面函數對比實踐
3. 湍流模型相關UDF編寫
4. 湍流計算收斂性控制
5. 湍流后處理實踐
案例練習
利用案例掌握湍流模擬中的設置流程及調試技巧
案例1：平板邊界層計算
案例2：管道壓力降計算
案例3：翼型升阻力計算
案例4：彎管二次流計算
案例5：圓柱繞流計算
案例6：旋風分離器計算
案例7：翼型轉捩計算
案例8：湍流后處理練習
培訓收費有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
收費標準
A類：3980元/人（含結業證書一本）
B類：5580元/人（含培訓費、證書費）
證書：可選擇申報AXKG 全國職業技能考試鑒定中心頒發《CAE 仿真應用工程師》職業技能等級證書；費用 1600 元/每人，可作為在本行業專業崗位職業能力考核的證明，也在崗位聘用、任職、定級和晉升職務中作為重要依據。
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
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 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
緊湊型熱交換器間斷翅片的湍流增強傳熱的流場FLUENT仿真分析 ￥299
間斷肋片上邊界層的不斷變化導致了高的傳熱系數，并且每個翅片后面的尾跡區域存在湍流混合。這比連續翅片熱交換器的傳熱效果更好。熱交換器示意圖如圖1所示。幾何包含在頂部和底部平面的對稱邊界條件。
假設在換熱器中加熱壓力為240k的液氨，翅片壁的溫度恒定為350k。液氨通過換熱器的質量流量為303.14 kg/s-m2，水力直徑為3.51 mm，液氨粘度為0.000152 kg/m-s，基于水力直徑的雷諾數為7000，為弱湍流區(即，低雷諾數湍流度)。仿真結果如下：
溫度場
壓力場
局部速度矢量圖
【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）
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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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 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 FLUENT中的“湍流模型”是什么東西？
對于一個湍流模型，即使它預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”這一節中的第一小節“Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) Turbulence Models”）
感謝北京航空航天大學宇航學院的研究生田久祾。他閱讀了本文的初稿并提出了很好的建議。
展開 【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 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
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[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
邊界條件概述</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 邊界條件概念</strong></p><p><br></p><p>邊界條件說白了就是求解微分方程的某些附加條件，這些附加條件對計算邊界做出了要求，比如某個邊界溫度必須為500K，Fluent求解時必須首先滿足這些要求。</p><p><br></p><p>求解任何微分方程都需要給定兩類條件才能求出定解，一類是邊界條件，另一類就是初始條件。</p><p><br></p><p>Fluent恰巧需要用戶給出這兩類條件(實際上任何數值軟件如Matlab都需要給出這兩類條件)。</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy9N2FhkJ4HWNaJA2DPQMlmMoksqiarYia3g2gcIFcX69xUNVFYkus6YERyYGMtlNO7wqAAbgQy3UY9Q/640?wx_fmt=png"> </p><p><br></p><p><strong>1.2 Fluent邊界條件</strong></p><p><br></p><p>Fluent邊界條件類型非常非常豐富，僅僅針對進出口邊界，Fluent就提供了12種邊界條件類型。
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