几种湍流模型
四种常用湍流模型在二维后向台阶流数值模拟上的性能比较
·通过修正涡粘系数，考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况。
·在ε方程中增加了一项，从而反映了主流的时均应变率Eij。这样就使RNG k-ε模型中的产生项不仅与流动情况有关，而且还是空间坐标的函数。
比起k-ε模型，Realizable k-ε模型有两个主要的不同点：
1）模型为湍流粘性增加了一个方程，引入了与旋转和曲率有关的内容；
2）模型为耗散率增加了一个新的输运方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程。
Realizable k-ε湍流模型中k的输运方程仍为（4），但其ε的输运方程则在（5）的基础上修改如下［11］：
这些特点使RNG k-ε模型比k-ε模型在处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动中有更高的可信度和精度。
RNG k-ε湍流模型中k的输运方程仍为方程（4），但其ε的输运方程则在方程（5）的基础上修改如下［10］：
这里S为 modul us of t he mean rate－of－strain tensor，β＝0．012，η0＝4．38。此外，σk，σε，C1ε，C2ε和Cμ的取值也不同，分别为0．719 4，0．719 4，1．42，1．68和0．084 5。
这里为在以角速度ωk旋转的参照系之所观察到的平均rate－of－rotation tensor。A 0＝4．04，As 则用下式计算，
Realizable k-ε模型的k和ε的输运方程中的常数C1ε＝1．44，C2＝1．9，σk＝1．0，σε＝1．2．
（4）k-ω湍流模型［12］
k-ω湍流模型假定涡粘系数由下式计算
几种湍流模型
解决湍流的模型总计就是那几个方程，Flue nt又从工程和数值的角度进行了整理，下面就是这些湍流模型的详细说明。
FLUENT提供了以下湍流模型：•Spalart-Allmaras 模型•k-e模型—标准k-e模型—Ren ormalizatio n-group （RNG^e 模型—带旋流修正k-e模型•k-3模型—标准k- 3模型—压力修正k- 3模型雷诺兹压力模型大漩涡模拟模型几个湍流模型的比较：从计算的角度看Spalart-Allmaras模型在FLUENT中是最经济的湍流模型，虽然只有一种方程可以解。
由于要解额外的方程，标准ke模型比Spalart-Allmaras模型耗费更多的计算机资源。
带旋流修正的k-e模型比标准ke模型稍微多一点。
由于控制方程中额外的功能和非线性，RN&七模型比标准k-e模型多消耗10〜15%的CPU时间。
就像k七模型，k-3模型也是两个方程的模型，所以计算时间相同。
比较一下k◎莫型和k-3模型，RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU时间。
然而高效的程序大大的节约了CPU时间。
RSM模型比k-e模型和k-3模型要多耗费50〜60%的CPU时间，还有15〜20%的内存。
除了时间，湍流模型的选择也影响FLUENT勺计算。
比如标准k-e模型是专为轻微的扩散设计的，然而RNGk-e模型是为高张力引起的湍流粘度降低而设计的。
这就是RNG莫型的缺点。
同样的，RSM模型需要比k-e模型和k-3模型更多的时间因为它要联合雷诺压力和层流。
概念：1•雷诺平均：在雷诺平均中，在瞬态N-S方程中要求的变量已经分解为时均常量和变量。
相似的，像压力和其它的标量；（10.2-2）i「这里••表示一个标量如压力，动能，或粒子浓度。
2. Boussinesq逼近从雷诺压力转化模型：禾U用Bouss in esq假设把雷诺压力和平均速度梯度联系起来：+茁飞（肚+川亦）也（10 2-O）Boussinesq假设使用在Spalart-Allmaras模型、k-e模型和k- 3模型中。
9个湍流模型介绍
9个湍流模型介绍
好的，为你介绍9个湍流模型：
1. Reynolds平均的NS方程（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，RANS）：Reynolds 提出了平均法，将“瞬时值=平均值+脉动值”带入不可压缩流体控制方程中，得到了一个更复杂的方程。
对于可压缩流体，假设瞬时密度的变化对流动影响不大，忽略其影响。
2. Reynolds应力模型（RSM）：模仿控制方程的样子，搞出一个针对Reynolds应力的输运方程。
3. 代数应力模型（ASM）：简化Reynolds应力方程的对流项和扩散项。
此外，还有一些其他湍流模型，如Spalart-Allmaras模型、k-双方程模型等。
这些模型都有各自的特点和适用范围，可根据具体问题选择合适的湍流模型进行计算。
湍流模型选择
FLUENT中的湍流模型很多，有单方程模型，双方程模型，雷诺应力模型，转捩模型等等。
这里只针对最常用的模型。
2、湍流模型的选择关于壁面函数，无滑移边界壁面，y+和第一层网格尺寸（转部分）1、无论是标准k —£模型、RNGk —£模型，还是Realizable k —£ 模型,都是针对充分发展的湍流才有效的，也就是说，这些模型均是高Re数的湍流模型。
它们只能用于求解处于湍流核心区的流动。
而壁面函数是对近壁区的半经验描述，是对某些湍流模型通过壁面函数法和低Re数k —e模型与标准k —e模型和RNGk —e模型配合，成功解决整个整个管道的流动计算问题。
在壁面区，流动情况变化很大。
解决这个问题目前有两个途径：一、是不对粘性影响比较明显的区域（粘性底层和过渡层）进行求解，而是用一组半经验的公式（即壁面函数）将壁面上的物理量与湍流核心区内的相应物理量联系起来。
这就是壁面函数法。
在划分网格的时候，不需要在壁面区加密，（只需要把第一个节点）布置在对数律成立的区域内，即配置在湍流充分发展区域。
如果要用到壁面函数的话，在define---modle--viscous 面板里有near wall treatment —项。
可以选择标准壁面函数、不平衡壁面函数等。
二、是采用低Re数的k —e模型来求解粘性底层和过渡层，此时需要在壁面区划分比较细密的网格，越靠近壁面，网格越细。
当局部湍流的Re数小于150时，就应该使用低Re数的k —e模型。
总结：相对于低Re数的k —e模型，壁面函数法计算效率高，工程实用性强。
但当流动分离过大或近壁面流动处于高压之下时，不是很理想。
在划分网格的时候，需要在壁面的位置设置边界层网格，原因也是如此。
为什么要使用壁面函数呢？首先，在CFD中应用湍流模型并不一定需要使用壁面函数，在粘性支层中可以对N-S方程直接求解。
在粘性支层中，速度梯度很大，vorticity不为零，所以要直接求解，就必须在粘性支层中布置较多节点，一般要10层以上，这就是一般的低Re数湍流模型。
不同湍流模型在管道流动阻力计算中的应用和比较
不同湍流模型在管道流动阻力计算中的应用和比较
湍流是流体动力学中最重要的组成部分，在工程上得到了广泛的应用。
为了精确地分析管道流动中的流动特性，需要准确地描述流体的湍流特性。
湍流模型就是用来改进对流体的湍流的描述的数学模型。
在管道流动阻力计算中，不同的湍流模型有不同的应用方式，下面简要介绍一下这几种湍流模型：
1、经典的普朗特－普朗特湍流模型：该模型是如今最为广泛应用的湍流模型，使用起来要比经典的热力学方程模型要简单得多，只需要几个基本参数即可描述湍流特性。
该模型可以用来准确地模拟管道流动中的湍流，但是它在复杂流动下的表现较差。
2、粘性网格模型：该模型基于均匀网格模型，利用积分方法求解流场中的湍流问题，只要改变网格的粘性系数，就可以模拟出不同湍流程度的流动特性，这对于对不同湍流流动的研究具有重要意义。
3、瞬态湍流模型：该模型使用流体力学中的连续方程组来描述瞬态湍流，可以用来分析复杂的管道流动中的湍流特性，这个模型的优势在于它能够精确地模拟出管道流动中的流动特性。
湍流模型在管道流动阻力计算中应用比较：
经典的普朗特－普朗特湍流模型：该模型只需要几个参
数就可以准确描述湍流特性，因此，在管道流动阻力计算中应用较为广泛，它的计算简单，准确性较高，但是它在复杂流动下的表现较差。
粘性网格模型：该模型可以用来计算管道内湍流流动的阻力，但是由于其计算复杂，需要改变网格的粘性系数，因此在管道流动阻力计算中应用不太广泛。
瞬态湍流模型：该模型能够精确地模拟出管道流动中的流动特性，因此，在计算管道流动中的湍流阻力时，该模型是最为准确的，但是，由于计算复杂，局限性较大，因此，在管道流动阻力计算中的应用也很少。
;。
常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用
常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用湍流是流体运动中不可避免的现象，它具有无规则、随机和混沌等特点，对于流体力学研究和工程应用具有重要影响。
为了更好地模拟流体运动中的湍流现象，并进行相关的工程计算和优化设计，科学家们提出了许多湍流模型。
本文将介绍一些常用的湍流模型，并探讨它们在流体动力学软件FLUENT中的应用。
1. 动力学湍流模型（k-ε模型）动力学湍流模型是最为经典和常用的湍流模型之一，主要通过求解湍流动能k和湍流耗散率ε来模拟湍流运动。
这一模型主要适用于较为简单的湍流流动，如外部流场和平稳湍流流动。
在FLUENT软件中，用户可以选择不同的k-ε模型进行计算，并对模型参数进行调整，以获得更准确的湍流模拟结果。
2. Reynolds应力传输方程模型（RSM模型）RSM模型是基于雷诺应力传输方程的湍流模型，它通过求解雷诺应力分量来描述湍流的速度脉动特性。
相比于动力学湍流模型，RSM模型适用于复杂的湍流流动，如边界层分离流动和不可压缩流动。
在FLUENT软件中，用户可以选择RSM模型，并对模型参数进行优化，以实现对湍流流动的更精确模拟。
3. 混合湍流模型混合湍流模型是将多个湍流模型相结合，以更好地模拟不同湍流流动。
常见的混合湍流模型有k-ε和k-ω模型的组合（k-ε/k-ω模型）和k-ε模型和RSM模型的组合（k-ε/RSM模型）等。
在FLUENT软件中，用户可以选择不同的混合模型，并根据具体的流动特征进行模型参数调整，以实现更准确的湍流模拟。
除了上述介绍的常用湍流模型外，FLUENT软件还提供了其他的湍流模型选择，如近壁函数模型（近壁k-ω模型、近壁k-ε模型）、湍流耗散模型（SD模型）、多场湍流模型（尺度能量模型）等。
这些模型针对不同的湍流现象和流动特性，提供了更加丰富和精确的模拟方法。
在FLUENT软件中，用户可以根据具体的工程问题和流动特性选择合适的湍流模型，并进行相应的设置和参数调整。
湍流模型 种类
湍流模型的种类：
1. Spalatrt-Allmaras模型：一种一方程模型，通常用于粘性模拟，适用于无分离、可压/不可压流动问题，以及复杂几何的外部流动。
2. k-epsilon模型：广泛应用于粘性模拟，一般问题，适用于无分离、可压/不可压流动问题，复杂几何的外部流动。
有realizable k-epsilon，RNG k-epsilon等多种变体模型。
3. k-omega模型：广泛应用于粘性模拟，一般问题，适用于内部流动、射流、大曲率流、分离流。
4. transition k-kl-omega模型：应用于壁面约束流动和自由剪切流，可以应用于尾迹流、混合层流动和平板绕流、圆柱绕流、喷射流。
5. transition SST模型：在近壁区比标准k-w模型具有更好的精度和稳定性。
6. Scale Adaptive Simulation（SAS模型）：用于分离区域，航天领域。
不稳定流动区域计算类似于LES，稳态区域计算类似于RANS。
7. Detached Eddy Simulation（DES模型）：用于外部气动力，气动声学，壁面湍流。
拓展资料
湍流模型是微分方程类型，常用的湍流模型可根据所采用的微分方程数进行分类为：零方程模型、一方程模型、两方程模型、四方程模型、七方程模型等。
湍流模型介绍
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 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 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 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。
- 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)。
解决湍流的模型总计就是那几个方程，Fluent 又从工程和数值的角度进行了整理，下面就是这些湍流模型的详细说明。
FLUENT 提供了以下湍流模型： ·Spalart-Allmaras 模型 ·k-e 模型 －标准k-e 模型 －Renormalization-group (RNG) k -e 模型 －带旋流修正k -e 模型 ·k-ω模型 －标准k-ω模型 －压力修正k-ω模型 雷诺兹压力模型 大漩涡模拟模型几个湍流模型的比较：从计算的角度看Spalart-Allmaras 模型在FLUENT 中是最经济的湍流模型，虽然只有一种方程可以解。
由于要解额外的方程，标准k -e 模型比Spalart-Allmaras 模型耗费更多的计算机资源。
带旋流修正的k -e 模型比标准k -e 模型稍微多一点。
由于控制方程中额外的功能和非线性，RNG k -e 模型比标准k -e 模型多消耗10～15%的CPU 时间。
就像k -e 模型，k -ω模型也是两个方程的模型，所以计算时间相同。
比较一下k -e 模型和k -ω模型，RSM 模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU 时间。
然而高效的程序大大的节约了CPU 时间。
RSM 模型比k -e 模型和k -ω模型要多耗费50～60%的CPU 时间，还有15～20%的内存。
除了时间，湍流模型的选择也影响FLUENT 的计算。
比如标准k -e 模型是专为轻微的扩散设计的，然而RNG k -e 模型是为高张力引起的湍流粘度降低而设计的。
这就是RNG 模型的缺点。
同样的，RSM 模型需要比k -e 模型和k -ω模型更多的时间因为它要联合雷诺压力和层流。
概念：1.雷诺平均：在雷诺平均中，在瞬态N-S 方程中要求的变量已经分解为时均常量和变量。
相似的，像压力和其它的标量 )22.10('-+= i i i φφφ这里φ表示一个标量如压力，动能，或粒子浓度。
2. Boussinesq 逼近从雷诺压力转化模型：利用Boussinesq 假设把雷诺压力和平均速度梯度联系起来：Boussinesq 假设使用在Spalart-Allmaras 模型、k -e 模型和k -ω模型中。
这种逼近方法好处是对计算机的要求不高。
在Spalart-Allmaras 模型中只有一个额外的方程要解。
k -e 模型和k -ω模型中又两个方程要解。
Boussinesq 假设的不足之处是假设u t 是个等方性标量，这是不严格的。
1．Spalart-Allmaras 模型（1equ）：方程是：这里G v是湍流粘度生成的，Y v是被湍流粘度消去，发生在近壁区域。
S~是用户定义的。
注意到湍流动能在Spalart-Allmaras没有被计算，但估计雷诺压力时没有被考虑。
特点：1）. 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。
2）。
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。
3）。
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。
2．k-e模型（2equ）：2.1、标准k-e模型的方程湍流动能方程k，和扩散方程e：方程中G k表示由层流速度梯度而产生的湍流动能，计算方法在10.4.4中有介绍。
G b是由浮力产生的湍流动能，10.4.5中有介绍，Y M由于在可压缩湍流中，过渡的扩散产生的波动，10.4.6中有介绍，C1，C2，C3，是常量，σk和σe是k方程和e方程的湍流Prandtl数，S k和S e是用户定义的。
特点：标准k-e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、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。
2.2、RNG k-e模型（2equ）：RNG k-e 模型的方程G k是由层流速度梯度而产生的湍流动能，10.4.4介绍了计算方法，G b是由浮力而产生的湍流动能，10.4.5介绍了计算方法，Y M由于在可压缩湍流中，过渡的扩散产生的波动，10.4.6中有介绍，C1，C2，C3，是常量，a k和a e是k方程和e方程的湍流Prandtl数，S k 和S e是用户定义的。
RNG和标准k-e模型的区别在于：这里特点：RNG k-e模型来源于严格的统计技术。
它和标准k-e模型很相似，但是有以下改进：·RNG模型在e方程中加了一个条件，有效的改善了精度。
·考虑到了湍流漩涡，提高了在这方面的精度。
·RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式，然而标准k-e模型使用的是用户提供的常数。
·然而标准k-e模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。
这些公式的效用依靠正确的对待近壁区域这些特点使得RNG k-e模型比标准k-e模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。
1.带旋流修正的k-e模型（2equ）：带旋流修正k-e模型的方程在方程中，G k是由层流速度梯度而产生的湍流动能，10.4.4介绍了计算方法，G b是由浮力而产生的湍流动能，10.4.5介绍了计算方法，Y M由于在可压缩湍流中，过渡的扩散产生的波动，10.4.6中有介绍， C2，C1e是常量，σk和σe是k方程和e方程的湍流Prandtl数，S k和S e是用户定义的。
特点：带旋流修正的k-e模型和RNG k-e模型都显现出比标准k-e模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。
由于带旋流修正的k-e模型是新出现的模型，所以现在还没有确凿的证据表明它比RNG k-e模型有更好的表现。
但是最初的研究表明带旋流修正的k-e模型在所有k-e模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。
带旋流修正的k-e模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘度。
这是因为带旋流修正的k-e模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋度的影响。
这种额外的旋转影响已经在单一旋转参考系中得到证实，而且表现要好于标准k-e模型。
由于这些修改，把它应用于多重参考系统中需要注意。
3．k-ω模型（2equ）：3.1、标准k-ω模型的方程在方程中，G k是由层流速度梯度而产生的湍流动能。
Gω是由ω方程产生的。
T k和Tω表明了k和ω的扩散率。
Y k和Yω由于扩散产生的湍流。
，所有的上面提及的项下面都有介绍。
S k和S e是用户定义的。
特点：标准k-ω模型是基于Wilcox k-ω模型，它是为考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流传播而修改的。
Wilcox k-ω模型预测了自由剪切流传播速率，像尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射，因而可以应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。
3.2、剪切压力传输（SST）k-ω模型（2equ）：SST K-ω流动方程：其方程：和G表示湍流的动能，为ω方程，，分别代表k与ω的有效方程中，k扩散项，分别代表k与ω的发散项。
代表正交发散项。
与用户自定义。
这个公式与标准K-ω模型不同，区别在于标准K-ω中，为一常数，而SST模型中，方程如下：其中：特点：SST k-ω模型和标准k-ω模型相似，但有以下改进：·SST k-ω模型和k-e模型的变形增长于混合功能和双模型加在一起。
混合功能是为近壁区域设计的，这个区域对标准k-ω模型有效，还有自由表面，这对k-e模型的变形有效。
·SST k-ω模型合并了来源于ω方程中的交叉扩散。
·湍流粘度考虑到了湍流剪应力的传波。
·模型常量不同这些改进使得SST k-ω模型比标准k-ω模型在在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。
四．雷诺压力模型（RSM）：雷诺应力流动方程：在这些项中，不需要模型，而需要建立模型方程使方程组封闭特点：由于RSM比单方程和双方程模型更加严格的考虑了流线型弯曲、漩涡、旋转和张力快速变化，它对于复杂流动有更高的精度预测的潜力。
但是这种预测仅仅限于与雷诺压力有关的方程。
压力张力和耗散速率被认为是使RSM模型预测精度降低的主要因素。
RSM模型并不总是因为比简单模型好而花费更多的计算机资源。
但是要考虑雷诺压力的各向异性时，必须用RSM模型。
例如飓风流动、燃烧室高速旋转流、管道中二次流。
五．大涡模拟：传统的流场计算方法是用N-S方程，即RANS法，在此方法制，所有的湍流流场都可以模拟，其结果可保存。
理论上，LES法处于DNS与RANS之间，大尺寸漩涡用LES法，而小尺寸的漩涡用RANS方程求解，使用LES法的原则如下：（1）动量，质量，能量主要由大尺寸漩涡传输；（2）大涡在流动中期主导作用，它们主要由流动的几何，边界条件来确定。
（3）小涡不起主导作用（尺寸上），单其解决方法更具有通用性（4）当仅有小涡时，更容易建立通用的模型当解决仅有大涡否则仅有小涡的问题时，所受的限制要比DNS法少的多。
然而在实际工程中，需要很好的网格划分，这需要很大的计算代价，只有计算机硬件性能大幅提高，或者采用并行运算，LES才可能用于实际工程。