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關鍵詞：CFD，有限元，對流項，繞流，迎風格式，湍流模型在《流體有限元求解器開發-不可壓定常流動模型》一文中，我們介紹了考慮對流項的不可壓流動求解器的實現。然而正如所預料的那樣，一旦流速高一些，或者粘性小一些，仿真結果就容易發散，收斂性成為一大難題。為了解決這個問題，CFD大神們想出了各種手段，有的嚴格按照理論去處理盡力彌合。

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和湍流建模的學生和初級工程師。課程從RANS公式基礎開始，解釋雷諾平均、閉合問題以及湍流應力的物理意義。在此基礎上，學習者將介紹渦粘性假說及其如何導致常用湍流模型。

著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費曼曾說過：湍流是經典物理學中最后一個尚未解決的重要問題。這一點，從計算流體力學，也就是計算機仿真中也能看感受到。你隨便打開一款流體仿真軟件，包括AICFD，會有好幾個湍流模型讓你去選擇。那應該選哪一個呢？我也不知道，就是根據直覺，不是，經驗去判斷。其實，選擇仿真模型這件事本身，就已經體現出了科學的無奈。因為最準確的湍流計算，就應該是沒有湍流模型。

通用的雙方程模型包括廣義k-?（GEKO）、基線（BSL）、剪切應力傳輸（SST）和K-epsilon（k-ε）等。這些模型可以單獨使用，也可以結合使用，它們最常用于工業應用。面向湍流的尺度求解仿真（SRS）模型第二類湍流建模方程是尺度求解仿真模型，它不求解湍流流體隨時間變化的平均值，而是求解隨時間和空間變化的湍流流體流動。

工程師使用歐拉-拉格朗日、歐拉-歐拉或流體體積（VOF）等方法來解決這些問題。流體流動的數值仿真在中等雷諾數下，可以根據納維-斯托克斯方程（不包括湍流建模）對湍流進行直接數值仿真（DNS）。然而，由于直接數值仿真所需的計算資源過多，而大多數工程流動的雷諾數過高，所以難以進行直接數值仿真。

我們聊過仿真中讓新手頭大，讓老手頭禿的“網格”，詳情猛戳：我哭辣，做仿真用了一周，卻花了5天畫網格當CFD工程師辛辛苦苦畫好網格，準備計算時，又兩眼一黑：仿真模型應該選層流還是湍流？后來得知，工程中遇到的問題基本都是湍流。于是放心地點了湍流，這一點不當緊，天塌了。一下又冒出來十幾種湍流模型，該怎么選？

上海積鼎信息科技有限公司（簡稱：積鼎科技）成立于2008年，是專注于自主知識產權的流體仿真軟件研發及技術服務的國家級高新技術企業，致力于打造好用、易用的國產流體仿真軟件。更多解決方案，歡迎關注“多相流在線”。

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，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。當然仿真結果的準確性還取決于其他方面，包括數值、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。

（a）車身壓力分布云圖 （b）仿真結果與實驗對比 圖4 某汽車模型的風阻計算，計算精度與實驗偏差在3個count以內 3）豐富和優化湍流模型，提升計算精度 AICFD具備15種湍流模型，覆蓋雷諾平均（RANS）、分離渦模擬（DES）、大渦模擬（LES）類型，可計算穩態和瞬態湍流流動。

摘要：為了準確預測車輛機油冷卻器的壓降性能，建立了油冷器壓降的計算流體動力學（CFD）仿真模型并進行試驗對比研究。基于k-omega剪切應力傳輸（SST）湍流模型以及多孔介質模型對問題進行簡化建模，同時進行網格無關性驗證，對油冷器的水側流道進行流場仿真，獲得從進口到出口的靜壓降。

<p>本APP使用SST k-omega湍流模型對一個三通管內部不同流速、不同溫度流體的混合效果進行快速分析，以便在設計早期識別潛在的風險。

國產自主流體仿真軟件CFDProCFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計算流體動力學仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應機理接口，更加適用于工程計算模擬，滿足航空、航天、船舶、兵器、能源等領域的流體仿真分析。專業的發動機燃燒模塊CFDPro涵蓋了9大專業模塊。

在代數模型中，為了描述湍流強度，需要引入依賴于速度場（在某些情況下，還依賴于與墻壁的距離）的代數方程。為了對湍流變量進行預測，需要計算渦粘度（渦粘度與流體的分子粘度相加）。此時，通過較小的渦傳遞的動量可以轉化為粘性輸運。除了靠近壁面的粘性底層以外，相比于粘性耗散，通常都是湍流耗散占據主導地位。湍流模型也必須不斷地更加底層化，比如低雷諾數模型的建立，或者必須使用壁面函數計算新的邊界條件。

▲球閥多自由度仿真 氣動隔膜泵調用SimericsMP+的湍流模型，采用理想氣體模擬求解即可。液動隔膜泵一般需要調用湍流模型和全空化數值分析模型進行求解。

圖2 閥門監測計算步驟 Fig.2 Calculation steps of valve monitoring 本文采用基于壓力的求解器求解管道內流體流動，壓力的求解器被用在低速不可壓縮流動中。近壁面的處理和y+的設置在不同的湍流模型中有不同的差異，主要取決于使用的湍流模型，由于數學結構的特點，本文采用的k-ω湍流模型不需要近壁面處理。

在本課程中，你將循序漸進學習 pitzDaily 算例的搭建、運行與分析方法：課程先從幾何與網格基礎講起，接著講解邊界條件與求解器的設置；核心重點圍繞湍流模型展開，包括 k-ε、k-ω、Spalart–Allmaras 模型，解析各模型的理論基礎，以及在 OpenFOAM 中的實際實現方式。你還將學習使用 simpleFoam 求解器運行仿真，并掌握仿真收斂性與求解器穩定性的監測方法。

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，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。當然仿真結果的準確性還取決于其他方面，包括數值、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。

流體在實際流動過程中，流體介質之間會進行質量、動量和能量的相互交換，引起各物理量數量上的波動。由于這種波動是小尺寸且是高頻率的，所以不能直接模擬。通常采用Reynolds時均方程的模擬方法，根據增加的控制方程數量，可以將湍流模型分為零方程模型、一方程模型、二方程模型和多方程模型。

由于流體流動的特性在很大程度上取決于流體粘度，因此在模擬流體流動時了解這些特性非常重要。湍流效應對粘度的影響不容忽視，模型中也需要考慮湍流參數。 Cadence 的工具套件可以幫助您通過準確考慮湍流效應來模擬湍流應用。Cadence CFD 工具可用于了解流體系統設計中的運動動力學。 文章來源：cadence博客

圖 4 ICFD單向及雙向流固耦合 2.4湍流模型 在高雷諾數流動的情況下，對于正確地再現渦旋現象，依賴湍流模型的選擇，邊界層層流到湍流過渡和 其他湍流三維行為是至關重要的。以下幾種湍流模型可用： RANS 模型。 RANS 方程確定平均流量，但它們需要湍流模型來關閉它們。