几种湍流模型
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。
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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。
四种湍流模型介绍知识讲解
由于航发燃烧室中的流动特性极其复杂，要想提高数值计算的预测能力，必须要慎重选择湍流模型。
用四种不同的湍流模型对带双径向旋流杯的下游流场进行数值模拟，将计算结果与实验结果作对比，比较各湍流模型的原理和物理基础，优劣，并分析流场速度分布和回流区特性。
涉及的湍流模型：标准k-ε湍流模型（SKE)1标准k-ε湍流模型有较高的稳定性，经济性和计算精度，应用广泛，适合高雷诺数湍流，但不适合旋流等各向异性较强的流动。
2简单的湍流模型是两个方程的模型，需要解两个变量，即速度和长度。
在fluent中，标准k-ε湍流模型自从被Launder and Spalding 提出之后，就变成流场计算中的主要工具。
其在工业上被普遍应用，其计算收敛性和准确性都非常符合工程计算的要求。
3但其也有某些限制，如ε方程包含不能在壁面计算的项，因此必须使用壁面函数。
另外，其预测强分离流，包含大曲率的流动和强压力梯度流动的结果较弱。
它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。
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。
应用范围：该模型假设流动为完全湍流，分子粘性的影响可以忽略，此标准κ-ε模型只适合完全湍流的流动过程模拟。
可实现的k-ε模型是才出现的，比起标准k-ε模型来有两个主要的不同点：·可实现的k-ε模型为湍流粘性增加了一个公式。
·为耗散率增加了新的传输方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程。
术语“realizable”，意味着模型要确保在雷诺压力中要有数学约束，湍流的连续性。
应用范围：可实现的k-ε模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。
而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。
可实现的k-ε模型和RNG k-ε模型都显现出比标准k-ε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-ε模型是新出现的模型，所以还没有确凿的证据表明它比RNG k-ε模型有更好的表现。
第三章_湍流模型
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：2121x u u u t ∂∂=''-μρ 3－1 推广到三维问题，若用笛卡儿张量表示，即有：ij ijj i t j i k x u xu u u δρμρ32-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=''- 3－2 模型的任务就是给出计算湍流粘性系数t μ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κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现(Realizable)κ-ε模型）及雷诺应力模型和大涡模拟。
湍流模型种类示意图Direct Numerical Simulation包含更多 物理机理每次迭代 计算量增加提的模型选RANS-based models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。
对于速度，有：i i i u u u '+= 3－3其中，i u 和i u '分别是平均速度和脉动速度（i=1,2,3）类似地，对于压力等其它标量，我们也有：φφφ'+= 3－4 其中，φ表示标量，如压力、能量、组分浓度等。
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。
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解决湍流得模型总计就就是那几个方程,Fluent又从工程与数值得角度进行了整理,下面就就是这些湍流模型得详细说明。
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得比较:从计算得角度瞧Spalart-Allmaras模型在FLUENT中就是最经济得湍流模型,虽然只有一种方程可以解。
由于要解额外得方程,标准k-e模型比Spalart-Allmaras模型耗费更多得计算机资源。
带旋流修正得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得功能与非线性,RNG k-e模型比标准k-e模型多消耗10～15%得CPU时间。
就像k-e模型,k-ω模型也就是两个方程得模型,所以计算时间相同。
比较一下k-e模型与k-ω模型,RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多得CPU时间。
然而高效得程序大大得节约了CPU时间。
RSM模型比k-e模型与k-ω模型要多耗费50～60%得CPU时间,还有15～20%得内存。
除了时间,湍流模型得选择也影响FLUENT得计算。
比如标准k-e模型就是专为轻微得扩散设计得,然而RNG k-e模型就是为高张力引起得湍流粘度降低而设计得。
这就就是RNG模型得缺点。
同样得,RSM模型需要比k-e模型与k-ω模型更多得时间因为它要联合雷诺压力与层流。
概念:1、雷诺平均:在雷诺平均中,在瞬态N-S方程中要求得变量已经分解为时均常量与变量。
相似得,像压力与其它得标量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:利用Boussinesq假设把雷诺压力与平均速度梯度联系起来:Boussinesq假设使用在Spalart-Allmaras模型、k-e模型与k-ω模型中。
这种逼近方法好处就是对计算机得要求不高。
在Spalart-Allmaras模型中只有一个额外得方程要解。
k-e模型与k-ω模型中又两个方程要解。
Boussinesq假设得不足之处就是假设u t就是个等方性标量,这就是不严格得。
1.Spalart-Allmaras 模型(1equ):方程就是:这里G v就是湍流粘度生成得,Y v就是被湍流粘度消去,发生在近壁区域。
S~就是用户定义得。
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模型就是设计用于航空领域得,主要就是墙壁束缚流动,而且已经显示出与好得效果。
2)。
在原始形式中Spalart-Allmaras模型对于低雷诺数模型就是十分有效得,要求边界层中粘性影响得区域被适当得解决。
3)。
不能依靠它去预测均匀衰退,各向同性湍流。
还有要注意得就是,单方程得模型经常因为对长度得不敏感而受到批评,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模型得方程湍流动能方程k,与扩散方程e:方程中G k表示由层流速度梯度而产生得湍流动能,计算方法在10、4、4中有介绍。
G b就是由浮力产生得湍流动能,10、4、5中有介绍,Y M由于在可压缩湍流中,过渡得扩散产生得波动,10、4、6中有介绍,C1,C2,C3,就是常量,σk与σe就是k方程与e方程得湍流Prandtl数,S k与S e就是用户定义得。
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得工具了。
适用范围广、经济、合理得精度,这就就是为什么它在工业流场与热交换模拟中有如此广泛得应用了。
它就是个半经验得公式,就是从实验现象中总结出来得。
2、2、RNG k-e模型(2equ):RNG k-e 模型得方程G k就是由层流速度梯度而产生得湍流动能,10、4、4介绍了计算方法,G b就是由浮力而产生得湍流动能,10、4、5介绍了计算方法,Y M由于在可压缩湍流中,过渡得扩散产生得波动,10、4、6中有介绍,C1,C2,C3,就是常量,a k与a e就是k方程与e方程得湍流Prandtl数,S k 与S e就是用户定义得。
RNG与标准k-e模型得区别在于:这里特点:RNG k-e模型来源于严格得统计技术。
它与标准k-e模型很相似,但就是有以下改进:·RNG模型在e方程中加了一个条件,有效得改善了精度。
·考虑到了湍流漩涡,提高了在这方面得精度。
·RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式,然而标准k-e模型使用得就是用户提供得常数。
·然而标准k-e模型就是一种高雷诺数得模型,RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性得解析公式。
这些公式得效用依靠正确得对待近壁区域这些特点使得RNG k-e模型比标准k-e模型在更广泛得流动中有更高得可信度与精度。
1.带旋流修正得k-e模型(2equ):带旋流修正k-e模型得方程在方程中,G k就是由层流速度梯度而产生得湍流动能,10、4、4介绍了计算方法,G b就是由浮力而产生得湍流动能,10、4、5介绍了计算方法,Y M由于在可压缩湍流中,过渡得扩散产生得波动,10、4、6中有介绍, C2,C1e就是常量,σk与σe就是k方程与e方程得湍流Prandtl数,S k与S e就是用户定义得。
特点:带旋流修正得k-e模型与RNG k-e模型都显现出比标准k-e模型在强流线弯曲、漩涡与旋转有更好得表现。
由于带旋流修正得k-e模型就是新出现得模型,所以现在还没有确凿得证据表明它比RNG k-e模型有更好得表现。
但就是最初得研究表明带旋流修正得k-e模型在所有k-e模型中流动分离与复杂二次流有很好得作用。
带旋流修正得k-e模型得一个不足就是在主要计算旋转与静态流动区域时不能提供自然得湍流粘度。
这就是因为带旋流修正得k-e模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋度得影响。
这种额外得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模型得方程在方程中,G k就是由层流速度梯度而产生得湍流动能。
Gω就是由ω方程产生得。
T k与Tω表明了k与ω得扩散率。
Y k与Yω由于扩散产生得湍流。
,所有得上面提及得项下面都有介绍。
S k与S e就是用户定义得。
特点:标准k-ω模型就是基于Wilcox k-ω模型,它就是为考虑低雷诺数、可压缩性与剪切流传播而修改得。
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、圆柱绕流与放射状喷射,因而可以应用于墙壁束缚流动与自由剪切流动。
3、2、剪切压力传输(SST) k-ω模型(2equ):SST K-流动方程:其方程:与方程中, 表示湍流得动能,为方程, ,分别代表k与得有效扩散项,分别代表k与得发散项。
代表正交发散项。
与用户自定义。
这个公式与标准K-模型不同,区别在于标准K-中,为一常数,而SST模型中,方程如下:其中:特点:SST k-ω模型与标准k-ω模型相似,但有以下改进:·SST k-ω模型与k-e模型得变形增长于混合功能与双模型加在一起。
混合功能就是为近壁区域设计得,这个区域对标准k-ω模型有效,还有自由表面,这对k-e模型得变形有效。
·SST k-ω模型合并了来源于ω方程中得交叉扩散。
·湍流粘度考虑到了湍流剪应力得传波。
·模型常量不同这些改进使得SST k-ω模型比标准k-ω模型在在广泛得流动领域中有更高得精度与可信度。
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比单方程与双方程模型更加严格得考虑了流线型弯曲、漩涡、旋转与张力快速变化,它对于复杂流动有更高得精度预测得潜力。
但就是这种预测仅仅限于与雷诺压力有关得方程。
压力张力与耗散速率被认为就是使RSM模型预测精度降低得主要因素。
RSM模型并不总就是因为比简单模型好而花费更多得计算机资源。
但就是要考虑雷诺压力得各向异性时,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:传统得流场计算方法就是用N-S方程,即RANS法,在此方法制,所有得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,而小尺寸得漩涡用RANS方程求解,使用LES法得原则如下:(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,它们主要由流动得几何,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,更容易建立通用得模型当解决仅有大涡否则仅有小涡得问题时,所受得限制要比DNS法少得多。
然而在实际工程中,需要很好得网格划分,这需要很大得计算代价,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。