Fluent 湍流模型小结
fluent湍流模型
© 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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ANSYS, Inc. Proprietary
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 Augr 2008
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
在工程应用中使用最为广泛的湍流模型 稳定而且相对精确 包括可压缩性、 浮力、 燃烧等子模型 局限性
ε 方程包括一个 不能在壁面上计算的项， 因此 必须使用壁面函数 在流动有强分离、大压力梯度情况下结果不太准确
RNG k–ε模型
k–ε 方程中 的常数通过renormalization group 定理得到 包括以下子模型
湍流模型
Introductory FLUENT Training
© 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.
ANSYS, Inc. Proprietary
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 Augr 2008
大涡模拟 (LES)
解算空间平均 N-S 方程，大涡直接求解, 比网格尺度小的涡通过模型 得到
计算消耗小于DNS，但是对于大多数的实际应用来说占用计算资源 还是太大了
直接数值模拟 (DNS)
理论上来说，所有的紊流流动能够由数值解出所有的N-S方程来模拟 解出尺寸频谱，不需要任何模型
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ANSYS, Inc. Proprietary
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 Augr 2008
第3章,fluent湍流模型-1
第三章，湍流模型第一节， 前言湍流流动模型很多，但大致可以归纳为以下三类： 第一类是湍流输运系数模型，是Boussinesq 于1877年针对二维流动提出的，将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。
即：U iU 1U 2 t3 — 1X 2 推广到三维问题，若用笛卡儿张量表示，即有：U iU j 2( …U i U j tk j3—2x jx i3模型的任务就是给出计算湍流粘性系数t 的方法。
根据建立模型所需要的微分方程的数目，可以分为零方程模型(代数方程模型)，单方程模型和双方程模型。
第二类是抛弃了湍流输运系数的概念，直接建立湍流应力和其它二阶关联量的输运方程。
第三类是大涡模拟。
前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡旋进行统计平均。
大 涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes 方程，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还采用上述的模型。
实际求解中，选用什么模型要根据具体问题的特点来决定。
选择的一般原则是精度要高， 应用简单，节省计算时间，同时也具有通用性。
FLUENT 提供的湍流模型包括：单方程( Spalart-Allmaras )模型、双方程模型(标准K -&模型、重整化群K - &模型、可实现(Realizable) K - &模型)及雷诺应力模型和大涡模拟。
Direct Numerical Simulatio n湍流模型种类示意图包含更多 物理机理iZero-Equati on Models :: ----------------- : -------------------- h：0n e-Equation Models ::Spalart-Allmaras ；:Two-Equatio n Models : ； Sta ndard k- ; : RNG k - ；*1Realizable k- ,1；:Reynolds-Stress Model >: ______________________ :Large-Eddy Simulati onRANS-basedmodels' FLUENT 提供的模型选 择每次迭代 计算量增加第二节，平均量输运方程雷诺平均就是把Navier-Stokes方程中的瞬时变量分解成平均量和脉动量两部分。
fluent湍流模型对结果的影响
一、概述湍流模型是流体力学中一个重要的研究对象，它描述了在流体运动中湍流对流动特性的影响。
湍流模型在工程领域的应用十分广泛，对于预测流动的结果具有重要意义。
本文将主要讨论湍流模型对流动结果的影响，以期为相关研究和工程实践提供一定的参考。
二、湍流模型的基本原理湍流是流体力学中一种复杂而难以预测的现象，它表现为流体在流动过程中产生的不规则变化和涡旋运动。
湍流模型的基本原理是通过对湍流运动进行建模和假设，从而简化流体运动的描述，使其能够被数学模型所描述和预测。
湍流模型一般包括雷诺平均湍流模型、拉格朗日湍流模型、欧拉湍流模型等不同类型。
三、湍流模型对结果的影响1. 增加模拟的准确性湍流模型的选择直接影响着流动结果的准确性。
合适的湍流模型可以更准确地描述流动的湍流特性，从而提高数值模拟的准确性。
相比较而言，湍流模型在描述层流流动时，模拟结果将受到更大的影响。
2. 提高计算的稳定性一些湍流模型在计算过程中具有更好的数值稳定性，能够保证数值模拟的收敛性和精确性。
通过合理选择湍流模型，可以有效提高计算的稳定性，减少计算中的数值振荡和发散现象，保证计算结果的可靠性。
3. 影响计算的耗时不同的湍流模型对计算的耗时也有不同的影响。
一些湍流模型对计算的精度和收敛性要求较高，因此需要更长的计算时间。
合理选择湍流模型能够在保证计算结果准确性的减少计算的耗时，提高计算效率。
4. 对后续分析的影响流动结果的准确性和可靠性，直接影响着后续的工程分析和设计。
合适的湍流模型能够提供更准确的流动结果，为后续的工程分析和设计提供可靠的基础。
而不合理的湍流模型选择可能会导致计算结果的不准确，从而影响后续分析的结果。
四、选择合适的湍流模型1. 考虑计算的要求在选择湍流模型时，需要充分考虑计算的要求，包括对计算结果准确性和稳定性的要求，以及对计算耗时的限制等因素。
根据具体的计算要求，选择合适的湍流模型，以满足工程实践的需要。
2. 结合实验数据验证在选择湍流模型时，需要结合实验数据对模型进行验证。
fluent中常见的湍流模型及各自应用场合
标题：深入探讨fluent中常见的湍流模型及各自应用场合在fluent中，湍流模型是模拟复杂湍流流动的重要工具，不同的湍流模型适用于不同的流动情况。
本文将深入探讨fluent中常见的湍流模型及它们各自的应用场合，以帮助读者更深入地理解这一主题。
1. 简介湍流模型是对湍流流动进行数值模拟的数学模型，通过对湍流运动的平均值和湍流运动的涡旋进行描述，以求解湍流运动的平均流场。
在fluent中，常见的湍流模型包括k-ε模型、k-ω模型、LES模型和DNS模型。
2. k-ε模型k-ε模型是最常用的湍流模型之一，在工程领域有着广泛的应用。
它通过求解两个方程来描述湍流场，即湍流能量方程和湍流耗散率方程。
k-ε模型适用于对流动场变化较为平缓的情况，如外流场和边界层内流动。
3. k-ω模型k-ω模型是另一种常见的湍流模型，在边界层内流动和逆压力梯度流动情况下有着良好的适用性。
与k-ε模型相比，k-ω模型对于边界层的模拟更加准确，能够更好地描述壁面效应和逆压力梯度情况下的流动。
4. LES模型LES（Large Ey Simulation）模型是一种计算密集型的湍流模拟方法，适用于对湍流细节结构和湍流的大尺度结构进行同时模拟的情况。
在fluent中，LES模型通常用于对湍流尾流、湍流燃烧和湍流涡流等复杂湍流流动进行模拟。
5. DNS模型DNS（Direct Numerical Simulation）模型是一种对湍流流动进行直接数值模拟的方法，适用于小尺度湍流结构的研究。
在fluent中，DNS模型常用于对湍流的微观结构和湍流的小尺度特征进行研究，如湍流能量谱和湍流的空间分布特性等。
总结与回顾通过本文的介绍，我们可以看到不同的湍流模型在fluent中各有其适用的场合。
从k-ε模型和k-ω模型适用于工程领域的实际流动情况，到LES模型和DNS模型适用于研究湍流细节结构和小尺度特征，每种湍流模型都有其独特的优势和局限性。
fluent湍流简述
u y
一方程模型
/ t C k 1/ 2l
零方程模型和单方程模型适用于简单的流动；对于复杂流 动，系数很难给定，无通用性，故应用较少。
10
两方程模型
由求解湍流特征参数的微分方程来确定湍流粘性。包括k-ε 、 k-ω、 kτ、 k-l 模型等 。其中，应用最普遍的是 k-ε模型。
大尺度的涡旋
从主流获 得能量， 是引起低 频脉动的 原因。
5
2. 湍流的数值模拟方法 div ( v) 0
t
控制方程
dv F grad p v grad (divv ) dt 3
数值模拟方法 直接模拟（direct numerical simulation，DNS） 大涡模拟（large eddy simulation，LES）
代数应力模型
1.紊流粘性模型（Eddy-Viscosity Models ，EVM）
引入Boussinesq涡粘性假设，认为雷诺应力与平均速 度梯度成正比，即将Reynolds应力项表示为
U i U j ij u iu j t x xi j
Reynolds-Stress Model
Detached Eddy Simulation
Available in FLUENT 6.2
Large-Eddy Simulation
Direct Numerical Simulation
17
Fluent中湍流模型面板
Define Models Viscous...
湍流粘性系数
2 U k 2 t ij k ij 3 x k 3
9
根据确定紊流粘性系数 t 的微分方程数目，又分为
fluent零方程湍流模型
fluent零方程湍流模型标题：湍流的魅力：探索Fluent零方程湍流模型导语：湍流是自然界中普遍存在的现象，它的复杂性使得我们对其理解充满了好奇与挑战。
在工程领域中，湍流对流体流动的影响不可忽视。
而Fluent零方程湍流模型为我们提供了一种研究湍流现象的有效工具。
本文将以人类的视角，探索这一模型的魅力，展示湍流的奥秘。
第一部分：湍流的定义与特性湍流是一种随机、不规则的流动现象，它在自然界中广泛存在。
与层流相比，湍流的特点是流速和压力的空间和时间波动较大。
湍流的复杂性使得其研究变得困难，但也正是这种复杂性使湍流显示出了一些令人惊叹的特性，比如能量耗散和涡旋结构的形成。
第二部分：Fluent零方程湍流模型的原理与应用Fluent零方程湍流模型是一种简化的湍流模型，它基于湍流的能量耗散理论。
该模型通过假设湍流的能量耗散率与流体的速度梯度成正比，从而实现了对湍流的模拟。
这种模型在工程领域中得到广泛应用，可以帮助工程师预测湍流对流体流动的影响，从而优化设计和提高效率。
第三部分：探索湍流的奥秘湍流的复杂性使得我们对其理解充满了挑战，但也正是这种挑战使得湍流的研究变得更加有趣。
从大气中的湍流到海洋中的湍流，从飞机机翼上的湍流到燃烧过程中的湍流，湍流无处不在。
通过Fluent零方程湍流模型，我们可以更好地理解湍流的形成机制和特性，进而应用于实际工程中。
结语：湍流是自然界中一种复杂而神奇的现象，它的研究对我们理解流体动力学以及优化工程设计具有重要意义。
Fluent零方程湍流模型为我们提供了一种有效的工具，可以帮助我们模拟和预测湍流对流体流动的影响。
通过深入研究湍流的特性和应用，我们可以更好地掌握湍流的奥秘，为工程实践提供更优化的解决方案。
让我们一同探索湍流的魅力，感受科学与工程的交融之美。
Fluent学习总结
FLUENT学习总结1 概述：FLUENT是目前处于世界领先地位的商业CFD软件包之一，最初由FLUENT Inc.公司发行。
2006年2月ANSYS Inc.公司收购FLUENT Inc.公司后成为全球最大的CAE软件公司。
FLUENT是一个用于模拟和分析复杂几何区域内的流体流动与传热现象的专用软件。
FLUENT提供了灵活的网格特性，可以支持多种网格。
用户可以自由选择使用结构化或者非结构化网格来划分复杂的几何区域，例如针对二维问题支持三角形网格或四边形网格；针对三维问题支持四面体、六面体、棱锥、楔形、多面体网格；同时也支持混合网格。
用户可以利用FLUENT提供的网格自适应特性在求解过程中根据所获得的计算结果来优化网格。
FLUENT是使用C语言开发的，支持并行计算，支持UNIX和Windows等多种平台，采用用户/服务器的结构，能够在安装不同操作系统的工作站和服务器之间协同完成同一个任务。
FLUENT通过菜单界面与用户进行交互，用户可以通过多窗口的方式随时观察计算的进程和计算结果。
计算结果可以采用云图、等值线图、矢量图、剖面图、XY散点图、动画等多种方式显示、存贮和打印，也可以将计算结果保存为其他CFD软件、FEM软件或后处理软件所支持的格式。
FLUENT还提供了用户编程接口，用户可以在FLUENT的基础上定制、控制相关的输入输出，并进行二次开发。
1.1 FLUENT软件包的组成针对不同的计算对象，CFD软件都包含有3个主要功能部分：前处理、求解器、后处理。
其中前处理是指完成计算对象的建模、网格生成的程序；求解器是指求解控制方程的程序；后处理是指对计算结果进行显示、输出的程序。
FLUENT软件是基于CFD软件的思想设计的。
FLUENT软件包主要由GAMBIT、Tgrid、Filters、FLUENT几部分组成。
（1）前处理器。
包括GAMBIT、Tgrid和Fliters。
其中GAMBIT是由FLUENT Inc.公司自主开发的专用CFD前置处理器，用于模拟对象的几何建模以及网格生成。
fluent零方程湍流模型
Fluent是一款广泛应用于流体动力学仿真模拟的软件，它支持多种湍流模型，其中零方程湍流模型是一种常用的模型。
零方程湍流模型基于湍流脉动守恒定律，通过直接求解湍流脉动输运方程组，避免了传统湍流模型中的复杂湍流输运偏微分方程，从而简化了湍流模拟的计算复杂度。
零方程湍流模型的核心思想是通过对湍动能和耗散率的独立处理，采用简单而又符合物理规律的输运方程来描述湍流的脉动特性。
其中，湍动能通过输运方程进行求解，耗散率则通过一个简单的输运方程进行描述。
在零方程湍流模型中，湍流粘度被定义为湍动能和耗散率的函数，从而可以通过求解控制容积中的输运方程来计算湍流的脉动速度和压力。
与标准k-ε模型相比，零方程湍流模型具有更简单的数学表达式和更高的计算效率。
然而，由于它没有充分利用湍流的复杂特性，因此有时无法准确模拟某些复杂的流动现象。
此外，零方程湍流模型还存在一些不足之处，例如对于不同雷诺应力之间的关系需要进行特殊处理，并且在某些情况下可能会表现出对网格的依赖性。
在实际应用中，零方程湍流模型常用于简单流动的模拟和验证。
对于复杂的流动现象，仍然需要采用标准k-ε模型等其他湍流模型进行更精确的模拟。
在选择湍流模型时，需要根据具体的流动情况和计算要求进行权衡和选择，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
总之，零方程湍流模型是一种简化的湍流模拟方法，它通过直接求解湍流脉动输运方程组来描述湍流的脉动特性。
虽然它存在一些不足之处，但对于简单流动的模拟和验证具有较高的实用价值。
在实际应用中，需要根据具体的流动情况和计算要求进行选择和调整，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
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Fluent 湍流模型小结湍流模型目前计算流体力学常用的湍流的数值模拟方法主要有以下三种：直接模拟（direct numerical&Oσλαση; simulation, DNS）直接数值模拟（DNS）特点在湍流尺度下的网格尺寸内不引入任何封闭模型的前提下对Navier-Stokes方程直接求解。
这种方法能对湍流流动中最小尺度涡进行求解，要对高度复杂的湍流运动进行直接的数值计算，必须采用很小的时间与空间步长，才能分辨出湍流中详细的空间结构及变化剧烈的时间特性。
基于这个原因，DNS目前仅限于相对低的雷诺数中湍流流动模型。
另外，利用DNS模型对湍流运动进行直接的数值模拟对计算工具有很高的要求，计算机的内存及计算速度要非常的高，目前DNS模型还无法应用于工程数值计算，还不能解决工程实际问题。
大涡模拟(large&Oσλαση; eddy simulation, LES)大涡模拟（LES）是基于网格尺度封闭模型及对大尺度涡进行直接求解N-S方程，其网格尺度比湍流尺度大，可以模拟湍流发展过程的一些细节，但其计算量仍很大，也仅用于比较简单的剪切流运动及管流。
大涡模拟的基础是：湍流的脉动与混合主要是由大尺度的涡造成的，大尺度涡是高度的非各向同性，而且随流动的情形而异。
大尺度的涡通过相互作用把能量传递给小尺度的涡，而小尺度的涡旋主要起到耗散能量的作用，几乎是各向同性的。
这些对涡旋的认识基础就导致了大涡模拟方法的产生。
Les大涡模拟采用非稳态的N-S方程直接模拟大尺度涡，但不计算小尺度涡，小涡对大涡的影响通过近似的模拟来考虑，这种影响称为亚格子Reynolds应力模型。
大多数亚格子Reynolds模型都是将湍流脉动所造成的影响用一个湍流粘性系数，既粘涡性来描述。
LES对计算机的容量和CPU的要求虽然仍然很高，但是远远低于DNS方法对计算机的要求，因而近年来的研究与应用日趋广泛。
应用Reynolds时均方程(Reynolds-averaging&Oσλαση; equations)的模拟方法许多流体力学的研究和数值模拟的结果表明，可用于工程上现实可行的湍流模拟方法仍然是基于求解Reynolds时均方程及关联量输运方程的湍流模拟方法，即湍流的统观模拟方法。
统观模拟方法的基本思想是用低阶关联量和平均流性质来模拟未知的高阶关联项，从而封闭平均方程组或关联项方程组。
虽然这种方法在湍流理论中是最简单的，但是对工程应用而言仍然是相当复杂的。
即便如此，在处理工程上的问题时，统观模拟方法仍然是最有效、最经济而且合理的方法。
在统观模型中，使用时间最长，积累经验最丰富的是混合长度模型和K-E模型。
其中混合长度模型是最早期和最简单的湍流模型。
该模型是建立在层流粘性和湍流粘性的类比、平均运动与湍流的脉动的概念上的。
该模型的优点是简单直观、无须增加微分方程。
缺点是在模型中忽略了湍流的对流与扩散，对于复杂湍流流动混合长度难以确定。
到目前为止，工程中应用最广泛的是k-ε模型。
另外针对k-ε模型的不足之处，许多学者通过对K-E模型的修正和发展，开始采用雷诺应力模型（DSM）和代数应力模型（ASM）。
近年来，DSM模型已用来预报燃烧室及炉内的强旋及浮力流动。
很多情况下能够给出优于k-ε模型的结果。
但是该模型也有不足之处，首先它对工程预报来说太复杂，其次经验系数太多难以确定，此外，对压力应变项的模拟还有争议。
更主要的是，尽管这一模型考虑了各种应变效应，但是其总精度并不总是高于其它模型，这些缺点导致了DSM模型没有得到广泛的应用。
总之，虽然从本质上讲DSM模型和ASM模型比k-ε模型对湍流流场的模拟更加合理，但DSM和ASM中仍然采用精度不高的E方程，模型中常数的通用性还没有得到广泛的验证，边界条件不好给定，计算也比较复杂。
正因为如此，目前用计算解决湍流问题时仍然采用比较成熟的K-E模型。
需要注意的是：1、大涡模拟有自己的亚格子封闭模型，这和k-ε模型完全是两回事。
LES的亚格子模型表现的是过滤掉的小涡对大涡的影响（这种影响是相互的）。
而Reynolds时均方程的k-ε是建立在时间统计平均的基础上的，考虑的是湍动能和湍流耗散输运方程。
2、对于大涡模拟边界条件的设定，没有什么特别的要求。
FLUENT 提供的湍流模型：Spalart-Allmaras 模型&Oσλαση;k-ε 模型&Oσλαση;－标准k-ε 模型－Renormalization-group (RNG) k-ε模型－带旋流修正k-ε模型k-ω模型&Oσλαση;－标准k-ω模型－压力修正k-ω模型－雷诺兹压力模型Spalart-Allmaras 模型The Spalart-Almares model is a one-equation model that it something in between an algebraic model like the Baldwin-Lomax model and a two-equation model like the k-epsilon model. Since it includes one transported turbulent quantity it has the potential to include at least some history effects (transportation of turbulent energy). It is a more modern model than the BL model, but that is of course not a guarantee that it always produces better results.The SA model is very robust and is easy to use. For attached flows it often produces good results. It is popular in aero-space applications and for quick design-iteration simulations in the turbo-machinery field. The SA model rarely produces the completely unphysical results that a k-epsilon model can produce sometimes. This has made the SA model quite popular in the last 5 years.Spalart has also developed a nice DES variant of the SA model, where the large eddies are resolved and the smaller edies are modeled using the SA model. This type of hybrid RANS/LES models have produced very good results for massively separated flows in aerospace applications - there is a very nice example of a SA DES simulation of a stalling F18 which you can probably find on the net if you google a bit.For heat transfer applications I'd not recommend SA. It often under-predicts heat-transfer.对于解决动力漩涡粘性，Spalart-Allmaras 模型是相对简单的方程。
它包含了一组新的方程，在这些方程里不必要去计算和剪应力层厚度相关的长度尺度。
Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动，而且已经显示出和好的效果。
在透平机械中的应用也愈加广泛。
在原始形式中Spalart-Allmaras 模型对于低雷诺数模型是十分有效的，要求边界层中粘性影响的区域被适当的解决。
在FLUENT中，Spalart-Allmaras 模型用在网格划分的不是很好时。
这将是最好的选择，当精确的计算在湍流中并不是十分需要时。
再有，在模型中近壁的变量梯度比在k-e模型和k-ω模型中的要小的多。
这也许可以使模型对于数值的误差变得不敏感。
需要注意的是Spalart-Allmaras 模型是一种新出现的模型，现在不能断定它适用于所有的复杂的工程流体。
例如，不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。
还有要注意的是,单方程的模型经常因为对长度的不敏感而受到批评，例如当流动墙壁束缚变为自由剪切流。
应用范围：Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚（wall-bounded）流动，而且已经显示出很好的效果。
在透平机械中的应用也愈加广泛。
在湍流模型中利用Boussinesq逼近，中心问题是怎样计算漩涡粘度。
这个模型被Spalart-Allmaras提出，用来解决因湍流动粘滞率而修改的数量方程。
模型评价：Spalart-Allmaras模型是相对简单的单方程模型，只需求解湍流粘性的输运方程，不需要求解当地剪切层厚度的长度尺度；由于没有考虑长度尺度的变化，这对一些流动尺度变换比较大的流动问题不太适合；比如平板射流问题，从有壁面影响流动突然变化到自由剪切流，流场尺度变化明显等问题。
Spalart-Allmaras模型中的输运变量在近壁处的梯度要比k-ε中的小，这使得该模型对网格粗糙带来数值误差不太敏感。
Spalart-Allmaras模型不能断定它适用于所有的复杂的工程流体。
例如不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。
k-ε模型标准k-ε模型&Oσλαση;最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。
在FLUENT 中，标准k-ε模型自从被Launder and Spalding提出之后，就变成工程流场计算中主要的工具了。
适用范围广、经济，有合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换模拟中有如此广泛的应用了。
它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。
湍动能输运方程是通过精确的方程推导得到，耗散率方程是通过物理推理，数学上模拟相似原型方程得到的。