ansys湍流模型
ANSYS流体流动场分析指南
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：• 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力• 超音速喷管中的流场• 弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN还具有如下功能：• 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布• 研究管路系统中热的层化及分离• 使用混合流研究来估计热冲击的可能性• 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能• 对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：• 层流或紊流• 传热或绝热• 可压缩或不可压缩• 牛顿流或非牛顿流• 多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低速流动就通常是层流。
紊流分析紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。
如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体就可认为是不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度而变，就可不解温度方程。
在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度方程。
在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。
可压缩流分析对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
ansys fluent中文版流体计算工程案例详解
ansys fluent中文版流体计算工程案例详解ANSYS Fluent是一种流体计算动力学软件，可用于解决各种流体力学问题。
本文将详细介绍ANSYS Fluent中文版的流体计算工程案例，包括案例的基本背景、模拟过程和结果分析。
这些案例旨在帮助用户深入了解ANSYS Fluent的使用方法和流体计算工程实践。
一个典型的案例是流体在管道中的流动。
该案例背景是，一根长直管道内有水流动，管道的直径为0.1米，长度为10米。
水的初始速度为1 m/s，管道的壁面是光滑的，管道两端的压差为100Pa。
现在需要使用ANSYS Fluent模拟该流体流动过程，并进一步分析不同参数对流动的影响。
首先，在ANSYS Fluent中创建一个新的仿真项目，并选择“仿真”模块。
在界面上点击“新建”按钮，在弹出的对话框中填写相应的参数，例如案例名称、计算器类型和尺寸单位。
点击“确定”后，进入模拟设置页面。
首先，需要定义获得流动场稳定解所需的物理模型和求解方法。
在“物理模型”选项卡中，选择“连续相”和“非恒定模型”。
在“湍流模型”中选择某种适合的模型，例如k-ε模型。
在“重力”选项卡中，定义流体的密度和重力加速度。
接下来，在“模型”选项卡中，定义管道的几何和边界条件。
选择“管道”作为流体领域的几何模型，并定义长度、直径和内壁面的润滑系数。
在“边界”选项卡中，定义管道两端的入口和出口条件，例如速度和压力。
将管道两端的压力差设置为100Pa，在入口处设置水的初始速度为1 m/s。
在出口处选择“出流”边界条件。
完成几何和边界条件的定义后，点击“模拟”选项卡进入模拟设置界面。
在“求解控制”中，设置计算时间步长和迭代次数。
选择合适的网格划分方法，并进行网格划分。
点击“网格”选项卡，选择合适的网格类型，并进行网格划分。
在划分网格后，可以使用“导入”按钮导入网格文件，并进行网格优化。
完成设置后，点击“计算”按钮开始进行模拟计算。
在计算过程中，可以实时观察流体场的变化情况，并通过Fluent Post-processing工具进行结果分析。
ANSYS-FLOTRAN分析指南F5-FLOTRAN层流和湍流分析算例
第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例一、问题描述二、分析方法及假定三、几何尺寸及流体性质四、分析过程第1步：进入ANSYS第2步：设置分析选择第3步：定义单元类型第4步：生成分析区域的几何面第5步：定义单元形状第6步：划分有限元网格第7步：生成并应用新的工具栏按钮第8步：施加边界条件第9步：求解层流第10步：观察层流分析的结果第11步：确定流体粘性如何影响流场特性第12步：进行湍流分析第13步：对新的出口区划分网格第14步：施加湍流分析的载荷第15步：改变FLOTRAN分析选项和流体性第16步：进行求解第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示第18步：绘制压力等值线图第19步：退出ANSYS问题描述该算例是一个二维的导流管分析，先分析一个雷诺数为400的层流情况，然后改变流场参数再重新分析，最后再扩大分析区域来计算其湍流情况。
该算例所用单位制为国际单位制。
分析区域图示如下：分析方法及假定用FLUID141单元来作二维分析，本算例作了如下三个分析：·雷诺数为400的假想流的层流分析·降低流体粘性后（即增大雷诺数）的假想流的层流分析·雷诺数约为260000的空气流的湍流分析分析时假定进口速度均匀，并且垂直于进口流场方向上的流体速度为零。
在所有壁面上施加无滑移边界条件（即所有速度分量都为零）；假定流体不可压缩，并且其性质为恒值，在这种情况下，压力就可只考虑相对值，因此在出口处施加的压力边界条件是相对压力为零。
第一次分析时，流场为层流，着可以通过雷诺数来判定，其公式如下：第二次分析时，将流体粘性降低到原来的十分之一（雷诺数相应增大）后再在第一次分析的基础上重启动分析对于内流来说，当雷诺数达到2000至3000时，流场即由层流过渡到湍流，故第三次分析（空气流，雷诺数约为260000）时，流场是湍流。
对于湍流分析，上图所示的导流管的后端应加长，以使流场能得到充分发展。
ANSYS流体流动场分析指南
ANSYS流体流动场分析指南ANSYS是一款强大的工程仿真软件，可以用于流体力学分析。
在进行流体流动场分析之前，我们需要进行一系列准备工作，包括建立几何模型、网格划分、设定物理模型、设定求解器和后处理结果等。
下面是ANSYS流体流动场分析的详细指南。
1.建立几何模型：在进行流体流动场分析之前，我们需要先建立几何模型来描述流体流动的几何形状。
可以使用ANSYS提供的几何建模工具（如DesignModeler）或导入外部几何模型。
2.网格划分：在建立几何模型之后，需要对几何体进行网格划分，将其分割为有限的小单元。
ANSYS提供了多种网格划分工具（如ICEMCFD），可根据具体问题选择合适的划分方法和参数。
3.设定物理模型：在进行流体流动场分析之前，需要设定物理模型，包括流体的性质（如密度、粘度）、边界条件（如入口速度、出口压力）和物理现象（如湍流、传热）。
可以根据具体问题选择合适的物理模型和参数。
4.设定求解器：在设定了几何模型、网格和物理模型之后，需要选择合适的求解器来求解流体力学方程。
ANSYS提供了多种求解器（如FLUENT），可根据具体问题选择合适的求解器和求解方法。
5.设置求解参数：在进行流体流动场分析之前，需要对求解器进行进一步的设置，包括时间步长、收敛准则和数值格式等。
这些参数的选择将直接影响计算结果的准确性和计算效率。
6.进行数值模拟：在完成前面的准备工作之后，可以开始进行数值模拟，求解流体力学方程，得到流场的分布情况。
可以通过单步计算或迭代计算的方式进行求解，直到满足收敛准则为止。
7.后处理结果：在完成数值模拟之后，需要对计算结果进行后处理，包括流场的可视化、数据的提取和分析。
ANSYS提供了强大的后处理工具，如CFD-Post，可以对计算结果进行可视化、动画展示和数据分析。
在进行流体流动场分析时，还需要注意以下几点：1.网格的质量：网格质量对于计算结果的准确性和计算效率至关重要，应尽量避免生成糟糕的网格，特别是在流动区域和边界层附近。
ANSYS流体流动场分析指南
ANSYS流体流动场分析指南概述：ANSYS是一款广泛应用于工程领域的仿真软件，其中包括了流体力学领域的流动场分析。
流动场分析是一种应用数值方法对流动现象进行建模和计算的过程，通过模拟流体在不同条件下的流动行为，可以预测流体的速度、压力、温度等参数，进而对工程问题进行分析和优化。
本指南将重点介绍如何使用ANSYS进行流体流动场分析，包括建模、网格生成、边界条件设置、物理模型选择、求解和结果后处理等方面的内容。
一、建模在进行流动场分析之前，首先需要进行建模。
ANSYS提供了多种建模工具，包括几何实体建模、CAD导入、参数化建模等。
用户可以根据实际需求选择相应的建模工具进行建模。
建模的目标是根据流体流动现象的特点和实际工程问题的要求来构建合适的模型。
二、网格生成在完成建模后，需要对模型进行网格生成。
网格生成是将模型离散为有限单元或有限体积的过程，决定了后续数值计算的准确度和计算效率。
ANSYS提供了多种网格生成工具，包括刚体网格生成、自适应网格生成等。
用户可以选择相应的网格生成工具根据实际需求和模型特点生成合适的网格。
三、边界条件设置在进行流动场分析之前，需要设置合适的边界条件。
边界条件包括流体的入口条件、出口条件、壁面条件等。
对于入口条件，需要指定流体的入口速度、入口压力或流量等；对于出口条件，需要指定出口压力或出口速度等；对于壁面条件，如模型表面的摩擦、换热等效应，需要指定相应的条件。
四、物理模型选择在ANSYS中，可以选择多种不同的物理模型来进行流动场分析。
常用的物理模型包括静流动、稳流动、湍流流动、多相流动等。
用户需要根据流动现象的实际特点和要求选择合适的物理模型。
五、求解在设置完边界条件和物理模型后，可以进行数值计算求解流动场。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限体积法、有限元法等。
用户可以根据模型的特点和求解要求选择相应的求解器进行求解。
六、结果后处理在求解完成后，可以对结果进行后处理分析。
【ANSYS Fluent培训】8-湍流模型
Reynolds stress models Quadratic pressure-strain RSM model
Stress-omega RSM model Scale-Adaptive Simulation (SAS) model
Detached eddy simulation (DES) mode Large eddy simulation (LES) model
• RSM 对复杂的 3D湍流流动更有效，但是模型更加复杂， 计算强度更大 ， 比涡粘模型更难收敛
2、 RANS 模拟
计算湍流粘性
• 基于量纲分析， μT 能够由 湍流时间尺度 (或速度尺度) 和空间尺度来决 定
• 湍流动能 [L2/T2] • 湍流耗散率 [L2/T3] • 比耗散率 [1/T]
• 为气动领域设计的，包括封闭腔内流动
•
– 可以很好计算有反向压力梯度的边界层流动
•
– 在旋转机械方面应用很广
• 对于有壁面边界空气动力学流动应用较好
• 在有逆压梯度的情况下给出了较好的结果
• 在涡轮机应用中很广泛
• 局限性
•
– 不可用于所有类型的复杂工程流动
•
– 不能预测各向同性湍流的耗散
3、Spalart-Allmaras 模型
Spalart-Allmaras 模型为单方程湍流模型：
湍流粘度：
湍流产生项
Spalart-Allmaras 模型默认常数
3、Spalart-Allmaras 模型
激活Spalart-Allmaras 模型的方法如下： 1）选择粘性模型面板中的 Spalart-Allmaras（1 equ）； 2）选择Spalart-Allmaras模型中产生湍流 方法：Vorticity-Based； Strain/Vorticity-Based； 3）设置模型常数（Model Constants）
CFX培训教材07湍流模型
什么是湍流
非稳定的, 不规则的(非周期性的) 流体运动，且传输量(质量, 动 量, 标量)在时间和空间上波动
– 可以确认的涡流模式，刻画的湍流涡特征 – 增强混合(物质, 动量, 能量, 等.)效果
流动性质和速度表现出无规则变化
– 宏观上，是在紊流的传输机制下统计平均的结果 – 这样的特征可以采用湍流模型模化
这里 Ra g L3 T 2 Cp g L3 T 为Rayleigh数
k
Pr Cp k
为Prandtl数
雷诺观察的试验
层流Laminar
(低雷诺数)
转捩Transition
(逐渐增大雷诺数)
湍流Turbulent
(高雷诺数)
湍流流动结构
Small structures
Large structures
2) Detached Eddy Simulation (DES)* [transient]
3) Scale Adaptive Simulation SST (SAS)* [transient]
* Not available in the ANSYS CFD-Flo product
1) Zero Equation model. 2) Standard k-ε model. 3) RNG k-ε model. 4) Standard k-ω model.
1) LRR Reynolds Stress 2) QI Reynolds Stress 3) Speziale, Sarkar and Gatski Reynolds Stress 4) SMC-ω model
能量串Richardson (1922)
流体力学课作业 ansys模型分析
T型管三通流体动力学分析题目： T型管三通流体动力学分析小组成员：学院、专业班：时间：指导教师：目录摘要 (2)关键字 (2)前言 (2)正文 (2)一、建立模型 (3)1、绘制模型立体图 (3)2、划分网格 (4)3、输入参数 (4)4、计算 (6)二、分析 (7)1、压强 (7)2、速度 (8)3、温度 (10)三、总结 (11)摘要为了加深对工程流体力学基本概念和基本理论的理解，本组依照指导进行了此次实验。
为明确冷水、热水在管内如何混合，混合后的运动状态和特性，我们选取了三通管为模型。
将三通管注入冷水和热水，汇合后通入大气中。
通过假设将其简化后研究其内部流体运动状态的变化。
结合压强、管道的属性、水的速度温度及能量损失等问题，应用软件模型计算得到了三通管道内部的流场分布，并对三通管内道内流动的特性进行分析，得出了三通管道紊流流动的计算结果。
关键字三通管、混合过程、运动状态、能量损失前言工程流体力学是研究流体受力及其运动规律的一门学科，侧重于应用流体力学的基本原理、理论与方法研究解决实际问题。
它以流体为研究对象，是研究流体平衡和运动规律的科学。
流体力学在水利、航空、电力、机械、冶金、化学、石油、土木等工业技术中有广泛的应用。
对口于本专业的机械工业中的润滑、冷却、液压传动、气力输送以及液压和气动控制问题的解决，都必须应用流体力学的理论。
因此它是我们理解掌握现代化工程勘测、设计、运行与管理的知识基础，也是我们继续深造及将来从事研究工作的重要工具。
为深入学习流体力学，培养建模能力和分析实例的能力，培养理论联系实际、实事求是、严格认真的科学态度，本组成员积极配合开展了此次实验。
正文本组研究的流体类型为水，研究围绕三通管内的冷热水混合进行。
为节省实验研究的时间和经费，我们采用数值计算方法来研究该问题。
通过软件模拟对其进行定性分析。
主要研究黏性流体在等速有温差的条件下产生的局部损失和沿程损失及其动量变化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机翼验证案例
• 由于吸力面的层流分 离引起的转涙 • 转涙模型很好地预测 到此现象 • 结果: 经过此区域的壁面剪
切应力比全湍流模拟 的要高 湍流边界层能克服反 压梯度 尾缘附近的分离更少
McDonnell Douglas 30P-30N 多段翼验证案例
Re = 9 million Mach = 0.2 C = 0.5588 m AoA = 8° Exp. hot film transition location measured as f(x/c)
Fonset 启动转涙：
Re
~ ~ U R et Ret j P t t x j x j
P t ct
~ Ret t t x j
LES 模拟与RANS模拟的比较
• 单个压气机叶片 (Re=105-106) • 需要解析边界层的湍流 • 需要解析层流到湍流的转涙
Method
Number of Cells
Number of time steps
Inner loops per Dt.
CPU Ratio
RANS LES
~106 ~109
2.2
2.2
k-epsilon
Total Pressure Ratio
2.1
experiment k-e Mesh1 k-e Mesh2 k-e Mesh3
SST
Total Pressure Ratio
2.1
experiment SST Mesh1 SST Mesh2 SST Mesh3
2.2
SST-TM
转涙现象对流动的影响
• • • • 壁面剪切应力 壁面传热 分离现象 设备效率
层流分离
湍流分离
转涙模型的开发需求
• 困难:
– – – – – 涉及的具体应用未知 几何形状复杂 网格拓扑未知 非结构网格 支持并行-域分解
Laminar Flow
Fully Turbulent
• 需求:
– 不同的转涙机理 – 自然转涙 – 旁路转涙 – 分离诱导转涙 – … – 稳健性 – 不增加额外的网格
SRS
(Scale Resolving Simulations)
RANS
(Reynolds Averaged Navier-Stokes Simulations)
•直接数值求解完全 •包括大涡模拟、混 •求解雷诺平均NS方程组 的瞬态NS方程组 合大涡模拟 • 可以选择稳态求解 •不需要模型 •较大的涡直接求 •所有湍流都用模型模拟 解，比网格小的涡 • 目前仅做为研究工 用模型模拟。 • 是目前工业界应用最 具 广泛的方法 •本质上是瞬态方法
SPL [dB]
80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 100 Frequency [Hz]
– Large Eddy Simulation (LES) – Detached Eddy Simulation (DES) – Wall-modelled LES (WMLES) – Embedded and Zonal LES (ELES, ZFLES) – Scale-Adaptive Simulation (SAS) – Other RANS-LES hybrids
Eurocopter 验证案例
Turbulent Transitional
Red: Isosurface of reverse flow
Transition
Laminar Flow
Rex = 30 million
Eurocopter 验证案例
Blue = Laminar Red = Turbulent
RANS
Lt cD
?
LES
Lt cD
SAS 和 DES
• SAS 模型类似于DES，但不需要和网格信息关联
• 避免了DES的主要困难 – 在LES和RANS区域的界面 上，由于网格引起的分离
DES: U
cSAS L' /
RANS
LES based on D
cSAS L' /
t
Re
~ R et 1.0 F t t
平板流动验证案例
T3A: FSTI = 3.5 % (~ 39000 hexahedra)
Mesh guidelines: • y+ < 1 • wall normal expansion ratio ~1.1 • good resolution of streamwise direction
Main upper transition: CFX = 0.068 Exp. = 0.057 Error: 1.1 % Slat transition: CFX = -0.056 Exp.= -0.057 Error: 0.1 %
Tu Contour
Main lower transition: CFX = 0.587 Exp. = 0.526 Error: 6.1 % Flap transition: CFX = 0.909 Exp. = 0.931 Error: 2.2 %
SST模型：更好地模拟带有分离的流动
流动中包括下列现象时，分离的影响较大:
• 扩压器的压力损失 • 机翼的失速 • 旋转机械部件的性能分析
SST 模型:
• 传统的标准双方程模型难以预测出分离效应，甚至当压力梯度很 大时也是如此。 • 模拟分离流动时，SST 模型是最精确的双方程模型之一。
NACA 4412 翼型验证案例
– 带有大分离区的流动（机翼失速、建 筑物绕流、不稳定漩涡流动等）
• 获得更多的附加信息
– 声学 – 声学频谱信息通过RANS模拟 不能获得 – 涡气蚀 – 漩涡里的低压引起气蚀，需 要精确解析漩涡 – 流固耦合 (FSI) – 瞬态力决定固体的响 应频率
SRS模拟
• SRS 是多个湍流模拟方法的总称，它们都对至少部分区域的 湍流频谱采用解析方法求解。
ANSYS CFD中的RANS湍流模型
One-Equation Models Spalart-Allmaras
– 包括了所有常见的模型
– 包括了诸如曲率修正和 EARSM等扩展模型 – 确保无论哪种应用，你 都可选择到合适的模型
(k-e)1E
Two-Equation Models k–ε (Standard, Realizable, RNG) k–ω (Standard, SST)
~102 ~104
1 10
1 106
因此需要RANS-LES Methods混合方法
DES(Detached Eddy Simulation )模拟
• 混合模型:
– 边界层用RANS模型求解. – LES 是在一个单独的区域里
• 模型的转化:
– 基于湍流长度尺度和网格尺寸的比 – 在RANS 和 LES 区域采用不同的方法求解
Wake Induced Transition
Turbulent Wake
Laminar Flow
目 录
RANS湍流模型
稳态湍流模型 SST湍流模型 层流-湍流转涙模型
尺度解析模型
概述 SAS湍流模型
总结
20 © 2014 ANSYS Inc.
SRS（Scale-Resolving Simulations ）模拟 • 改善RANS模拟的精度
Total Pressure Ratio
2.1
experiment SST+TM Mesh2 SST+TM Mesh3
0.4· 106 nodes 1.5· 106 nodes 4.5· 106 nodes 11.5· 106 nodes
0.9 0.92
2
2
1.9
1.9
Mass Flow / Choke Mass Flow
Transitional
两方程转涙模型 g-ReQ
g U j g P g Eg t x j x j t f
0.5
g x j
P g1 F length S (1 g ) g F onset
Curvature Correction (all 1 & 2 eqn. models) V2F (4 eqn.)* Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM)
Reynolds Stress Models
Launder-Reece-Rodi, Speziale-Sarkar-Gatski Stress-w
SAS:
RANS
“LES” based on Lvk
SAS 模型
URANS求解混合边界层 U2 LvK U1 标准双方程模型:
L~
SAS模型
L ~ LvK
SAS模型能自动调整解析更小尺度的涡
t c k L
双方程SAS模型(KSKL)
3/ 2 k U j k k t k 3/ 4 Pk c t x j L x j x k j
NASA Rotor 37 验证案例
Mid-span
• 压力面激波诱导的分离
• 边界层的分离对旋转机 械性能影响很大 • 目前转涙模型在该领域 的应用越来越普遍
Separation
Suction side of the blade
NASA Rotor 37 验证案例
Total Pressure Ratio
k–kl–ω Transition Model SST Transition Model