FLUENT中湍流参数的定义
湍流模型及其在FLUENT软件中的应用
湍流模型及其在FLUENT软件中的应用一、本文概述湍流，作为流体动力学中的一个核心概念，广泛存在于自然界和工程实践中，如大气流动、水流、管道输送等。
由于其高度的复杂性和非线性特性，湍流一直是流体力学领域的研究重点和难点。
随着计算流体力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟已成为研究湍流问题的重要手段。
其中，湍流模型的选择和应用对于CFD模拟结果的准确性和可靠性具有决定性的影响。
本文旨在深入探讨湍流模型的基本理论及其在FLUENT软件中的应用。
我们将简要回顾湍流的基本概念、特性和分类，为后续的模型介绍和应用奠定基础。
接着，我们将详细介绍几种常用的湍流模型，包括雷诺平均模型（RANS）、大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）等，并重点分析它们的适用范围和优缺点。
在此基础上，我们将重点关注FLUENT软件在湍流模拟方面的应用。
FLUENT作为一款功能强大的CFD软件，提供了丰富的湍流模型供用户选择。
我们将通过具体案例，展示如何在FLUENT中设置和应用不同的湍流模型，以及如何通过参数调整和结果分析来优化模拟效果。
我们还将探讨湍流模型选择的影响因素和最佳实践，以帮助读者更好地理解和应用湍流模型。
本文将对湍流模型在FLUENT软件中的应用进行总结和展望，分析当前存在的问题和挑战，并探讨未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的阅读，读者可以全面了解湍流模型的基本理论及其在FLUENT 软件中的应用方法，为实际工程问题的解决提供有力的理论支持和技术指导。
二、湍流基本理论湍流，亦被称为乱流或紊流，是一种流体动力学现象，其特点是流体质点做极不规则而又连续的随机运动，同时伴随有能量的传递和耗散。
湍流与层流相对应，是自然界和工程实践中广泛存在的流动状态。
湍流流动的基本特征是流体微团运动的随机性和脉动性，即流体微团除有沿平均运动方向的运动外，还有垂直于平均运动方向的脉动运动。
这种脉动运动使得流体微团在运动中不断混合，流速、压力等物理量在空间和时间上均呈现随机性质的脉动和涨落。
中科大FLUENT讲稿_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包含更多 物理机理每次迭代 计算量增加提供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经典问题答疑
Fluent经典问题答疑Fluent经典问题及答疑1 对于刚接触到FLUENT新⼿来说，⾯对铺天盖地的学习资料和令⼈难读的FLUENT help，如何学习才能在最短的时间内⼊门并掌握基本学习⽅法呢？(#61)2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语：理想流体和粘性流体；⽜顿流体和⾮⽜顿流体；可压缩流体和不可压缩流体；层流和湍流；定常流动和⾮定常流动；亚⾳速与超⾳速流动；热传导和扩散等。
（13楼）3 在数值模拟过程中，离散化的⽬的是什么？如何对计算区域进⾏离散化？离散化时通常使⽤哪些⽹格？如何对控制⽅程进⾏离散？离散化常⽤的⽅法有哪些？它们有什么不同？（#80）4 常见离散格式的性能的对⽐（稳定性、精度和经济性）(#62)5 在利⽤有限体积法建⽴离散⽅程时，必须遵守哪⼏个基本原则？（#81）6 流场数值计算的⽬的是什么？主要⽅法有哪些？其基本思路是什么？各⾃的适⽤范围是什么？(#130)7 可压缩流动和不可压缩流动，在数值解法上各有何特点？为何不可压缩流动在求解时反⽽⽐可压缩流动有更多的困难？（#55）8 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？（#56）9 在⼀个物理问题的多个边界上，如何协调各边界上的不同边界条件？在边界条件的组合问题上，有什么原则？10 在数值计算中，偏微分⽅程的双曲型⽅程、椭圆型⽅程、抛物型⽅程有什么区别？（#143）11 在⽹格⽣成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫⽹格独⽴解？（#35）12 在GAMBIT的foreground和background中，真实体和虚实体、实操作和虚操作四个之间是什么关系？13 在GAMBIT中显⽰的“check”主要通过哪⼏种来判断其⽹格的质量？及其在做⽹格时⼤致注意到哪些细节？（#38）14 画⽹格时，⽹格类型和⽹格⽅法如何配合使⽤？各种⽅法有什么样的应⽤范围及做⽹格时需注意的问题？(#169)15 对于⾃⼰的模型，⼤多数⼈有这样的想法：我的模型如何来画⽹格？⽤什么样的⽅法最简单？这样做⽹格到底对不对？(#154)16 在两个⾯的交界线上如果出现⽹格间距不同的情况时，即两块⽹格不连续时，怎么样克服这种情况呢？（#40）17 依据实体在GAMBIT建模之前简化时，必须遵循哪⼏个原则？(#170)18 在设置GAMBIT边界层类型时需要注意的⼏个问题：a、没有定义的边界线如何处理？b、计算域内的内部边界如何处理（2D）？（#128）19 为何在划分⽹格后，还要指定边界类型和区域类型？常⽤的边界类型和区域类型有哪些？（#127）20 何为流体区域（fluid zone）和固体区域（solid zone）？为什么要使⽤区域的概念？FLUENT是怎样使⽤区域的？(#41)21 如何监视FLUENT的计算结果？如何判断计算是否收敛？在FLUENT中收敛准则是如何定义的？分析计算收敛性的各控制参数，并说明如何选择和设置这些参数？解决不收敛问题通常的⼏个解决⽅法是什么？（9楼）22 什么叫松弛因⼦？松弛因⼦对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况⼜有什么样的影响？（7楼）23 在FLUENT运⾏过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时如何解决？⽽这⾥的极限值指的是什么值？修正后它对计算结果有何影响？(#28)24 在FLUENT运⾏计算时，为什么有时候总是出现“reversed flow”？其具体意义是什么？有没有办法避免？如果⼀直这样显⽰，它对最终的计算结果有什么样的影响？(#29)25 燃烧过程中经常遇到⼀个“头疼”问题是计算后温度场没什么变化？即点⽕问题，解决计算过程中点⽕的⽅法有哪些？什么原因引起点⽕困难的问题? (#183)26 什么叫问题的初始化？在FLUENT中初始化的⽅法对计算结果有什么样的影响？初始化中的“patch”怎么理解？(12楼)27 什么叫PDF⽅法？FLUENT中模拟煤粉燃烧的⽅法有哪些？（#197）28 在利⽤prePDF计算时出现不稳定性如何解决？即平衡计算失败。
《fluent湍流模型》课件
Fluent湍流模型的常见问题
常见的问题包括模型精度不够、 计算量太大、计算时间过长等。
解决法
可以通过减小网格尺寸、改变模 拟设置、使用高性能计算机等方 法来解决问题。
常见错误示范
常见错误包括不合理的边界条件、 不准确的物理参数设定等。
总结
通过本课程的学习，您已了解Fluent湍流模型的基本概念、原理和应用。希望您可以将所学应用到实际工作中， 并继续跟踪湍流模型的发展趋势。
工业中的应用
在飞机、汽车、火箭等工业 制造领域中广泛应用，可以 用于优化产品设计、性能测 试和流体控制等方面。
实际案例分析
使用Fluent湍流模型成功预 测了风力发电机转子的性能， 为风力发电技术的发展做出 了重要贡献。
优缺点
具有高精度、高可靠性和可 灵活扩展等优点，但对计算 资源要求较高。
常见问题与解决方法
通过求解雷诺应力方程来描述湍流过程，
精度更高但计算量更大。
3
Large Eddy Simulation
通过将湍流流场分解成大尺度和小尺度
Detached Eddy Simulation
4
来模拟流体运动。
相对于LES模拟时间更短，适合处理具有 湍流特性的旋转流和湍流边界层等问题。
Fluent湍流模型应用
质量守恒方程
描述流体中物质的流 动规律，保证物质质 量不会凭空消失或凭 空增加。
模拟方法
计算流体力学（CFD） 模拟的方法，如有限 元方法、有限体积法 和边界元方法等。
湍流模型原理
1
k-ε模型
在工程实践中应用广泛，许多气动工程
Reynolds Stress Model
2
和水动力学模拟都基于该模型进行。
Fluent培训资料：8-湍流模型
T f ~
T
f
k
2
T
f k
3、Spalart-Allmaras 模型
• Spalart-Allmaras 是一种低耗的求解关于改进的涡粘输运方程的RANS 模型 • 主要用于空气动力学/涡轮机， 比如机翼上的超音速/跨音速流动, 边界层流动
等等 • 是一个相对新的一方程模型，不需求解和局部剪切层厚度相关的长度尺度 • 为气动领域设计的，包括封闭腔内流动
– 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]
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）
• 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 – 花费太高! 对工程流动不实用 ，目前 DNS 在 Fluent中不可用。
• 现在没有一种简单而实用的湍流模型能够可靠的预测出具有充分精度的所有湍流流 动
Fluent经典问题及解答
Fluent经典问题及解答Fluent经典问题及解答1 对于刚接触到FLUENT新⼿来说，⾯对铺天盖地的学习资料和令⼈难读的FLUENT help，如何学习才能在最短的时间内⼊门并掌握基本学习⽅法呢？(#61)2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语：理想流体和粘性流体；⽜顿流体和⾮⽜顿流体；可压缩流体和不可压缩流体；层流和湍流；定常流动和⾮定常流动；亚⾳速与超⾳速流动；热传导和扩散等。
（13楼）3 在数值模拟过程中，离散化的⽬的是什么？如何对计算区域进⾏离散化？离散化时通常使⽤哪些⽹格？如何对控制⽅程进⾏离散？离散化常⽤的⽅法有哪些？它们有什么不同？（#80）4 常见离散格式的性能的对⽐（稳定性、精度和经济性）(#62)5 在利⽤有限体积法建⽴离散⽅程时，必须遵守哪⼏个基本原则？（#81）6 流场数值计算的⽬的是什么？主要⽅法有哪些？其基本思路是什么？各⾃的适⽤范围是什么？(#130)7 可压缩流动和不可压缩流动，在数值解法上各有何特点？为何不可压缩流动在求解时反⽽⽐可压缩流动有更多的困难？（#55）8 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？（#56）9 在⼀个物理问题的多个边界上，如何协调各边界上的不同边界条件？在边界条件的组合问题上，有什么原则？10 在数值计算中，偏微分⽅程的双曲型⽅程、椭圆型⽅程、抛物型⽅程有什么区别？（#143）11 在⽹格⽣成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫⽹格独⽴解？（#35）12 在GAMBIT的foreground和background中，真实体和虚实体、实操作和虚操作四个之间是什么关系？13 在GAMBIT中显⽰的“check”主要通过哪⼏种来判断其⽹格的质量？及其在做⽹格时⼤致注意到哪些细节？（#38）14 画⽹格时，⽹格类型和⽹格⽅法如何配合使⽤？各种⽅法有什么样的应⽤范围及做⽹格时需注意的问题？(#169)15 对于⾃⼰的模型，⼤多数⼈有这样的想法：我的模型如何来画⽹格？⽤什么样的⽅法最简单？这样做⽹格到底对不对？(#154)16 在两个⾯的交界线上如果出现⽹格间距不同的情况时，即两块⽹格不连续时，怎么样克服这种情况呢？（#40）17 依据实体在GAMBIT建模之前简化时，必须遵循哪⼏个原则？(#170)18 在设置GAMBIT边界层类型时需要注意的⼏个问题：a、没有定义的边界线如何处理？b、计算域内的内部边界如何处理（2D）？（#128）19 为何在划分⽹格后，还要指定边界类型和区域类型？常⽤的边界类型和区域类型有哪些？（#127）20 何为流体区域（fluid zone）和固体区域（solid zone）？为什么要使⽤区域的概念？FLUENT是怎样使⽤区域的？(#41)21 如何监视FLUENT的计算结果？如何判断计算是否收敛？在FLUENT中收敛准则是如何定义的？分析计算收敛性的各控制参数，并说明如何选择和设置这些参数？解决不收敛问题通常的⼏个解决⽅法是什么？（9楼）22 什么叫松弛因⼦？松弛因⼦对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况⼜有什么样的影响？（7楼）23 在FLUENT运⾏过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时如何解决？⽽这⾥的极限值指的是什么值？修正后它对计算结果有何影响？(#28)24 在FLUENT运⾏计算时，为什么有时候总是出现“reversed flow”？其具体意义是什么？有没有办法避免？如果⼀直这样显⽰，它对最终的计算结果有什么样的影响？(#29)25 燃烧过程中经常遇到⼀个“头疼”问题是计算后温度场没什么变化？即点⽕问题，解决计算过程中点⽕的⽅法有哪些？什么原因引起点⽕困难的问题? (#183)26 什么叫问题的初始化？在FLUENT中初始化的⽅法对计算结果有什么样的影响？初始化中的“patch”怎么理解？(12楼)27 什么叫PDF⽅法？FLUENT中模拟煤粉燃烧的⽅法有哪些？（#197）28 在利⽤prePDF计算时出现不稳定性如何解决？即平衡计算失败。
Fluent经典问题答疑
Fluent经典问题及答疑1 对于刚接触到FLUENT新手来说，面对铺天盖地的学习资料和令人难读的FLUENT help，如何学习才能在最短的时间内入门并掌握基本学习方法呢？(#61)2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语：理想流体和粘性流体；牛顿流体和非牛顿流体；可压缩流体和不可压缩流体；层流和湍流；定常流动和非定常流动；亚音速与超音速流动；热传导和扩散等。
（13楼）3 在数值模拟过程中，离散化的目的是什么？如何对计算区域进行离散化？离散化时通常使用哪些网格？如何对控制方程进行离散？离散化常用的方法有哪些？它们有什么不同？（#80）4 常见离散格式的性能的对比（稳定性、精度和经济性）(#62)5 在利用有限体积法建立离散方程时，必须遵守哪几个基本原则？（#81）6 流场数值计算的目的是什么？主要方法有哪些？其基本思路是什么？各自的适用范围是什么？(#130)7 可压缩流动和不可压缩流动，在数值解法上各有何特点？为何不可压缩流动在求解时反而比可压缩流动有更多的困难？（#55）8 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？（#56）9 在一个物理问题的多个边界上，如何协调各边界上的不同边界条件？在边界条件的组合问题上，有什么原则？10 在数值计算中，偏微分方程的双曲型方程、椭圆型方程、抛物型方程有什么区别？（#143）11 在网格生成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫网格独立解？（#35）12 在GAMBIT的foreground和background中，真实体和虚实体、实操作和虚操作四个之间是什么关系？13 在GAMBIT中显示的“check”主要通过哪几种来判断其网格的质量？及其在做网格时大致注意到哪些细节？（#38）14 画网格时，网格类型和网格方法如何配合使用？各种方法有什么样的应用范围及做网格时需注意的问题？(#169)15 对于自己的模型，大多数人有这样的想法：我的模型如何来画网格？用什么样的方法最简单？这样做网格到底对不对？(#154)16 在两个面的交界线上如果出现网格间距不同的情况时，即两块网格不连续时，怎么样克服这种情况呢？（#40）17 依据实体在GAMBIT建模之前简化时，必须遵循哪几个原则？(#170)18 在设置GAMBIT边界层类型时需要注意的几个问题：a、没有定义的边界线如何处理？b、计算域内的内部边界如何处理（2D）？（#128）19 为何在划分网格后，还要指定边界类型和区域类型？常用的边界类型和区域类型有哪些？（#127）20 何为流体区域（fluid zone）和固体区域（solid zone）？为什么要使用区域的概念？FLUENT是怎样使用区域的？(#41)21 如何监视FLUENT的计算结果？如何判断计算是否收敛？在FLUENT中收敛准则是如何定义的？分析计算收敛性的各控制参数，并说明如何选择和设置这些参数？解决不收敛问题通常的几个解决方法是什么？（9楼）22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？（7楼）23 在FLUENT运行过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时如何解决？而这里的极限值指的是什么值？修正后它对计算结果有何影响？(#28)24 在FLUENT运行计算时，为什么有时候总是出现“reversed flow”？其具体意义是什么？有没有办法避免？如果一直这样显示，它对最终的计算结果有什么样的影响？(#29)25 燃烧过程中经常遇到一个“头疼”问题是计算后温度场没什么变化？即点火问题，解决计算过程中点火的方法有哪些？什么原因引起点火困难的问题? (#183)26 什么叫问题的初始化？在FLUENT中初始化的方法对计算结果有什么样的影响？初始化中的“patch”怎么理解？(12楼)27 什么叫PDF方法？FLUENT中模拟煤粉燃烧的方法有哪些？（#197）28 在利用prePDF计算时出现不稳定性如何解决？即平衡计算失败。
fluent湍流积分尺度
fluent湍流积分尺度
Fluent湍流积分尺度是工程流体力学领域中的一个重要概念，它用于描述流体中湍流动量传递的特性。
下面，我们将分步骤来阐述这
一概念。
第一步，理解湍流和涡旋。
湍流是指在流体中，流体的速度和方
向存在无规律的快速变化的现象，而这种变化会产生一些旋转的涡旋。
这些涡旋将能量从大范围的气流中转移并释放，同时使流体中的速度
不断增加。
第二步，解释湍流尺度。
湍流尺度通常是指一个涡旋的大小。
在
流体力学中，湍流尺度越小，涡旋旋转得越快，能量传递得也越快。
但是同时，小尺寸的涡旋也会更加不稳定，很容易分裂或消失。
第三步，介绍积分尺度。
积分尺度是指涡旋的平均大小，取的方
式为将所有湍流尺度的大小按比例加起来求平均值。
这种平均方法对
大范围的涡旋和小范围的涡旋赋予了平等的权重，从而提供了一个理
解湍流动力学的全局观。
第四步，探讨Fluent湍流积分尺度。
Fluent是一种常用的工程
流体力学模拟软件。
在Fluent中，湍流模型基于积分尺度模型，它在
计算流场湍流运动的时候将所有涡旋的大小按比例加起来求平均值，
从而得到一个湍流积分尺度。
这个尺度可以描述湍流动力学的特征，
以便更好地预测流体的流动和阻力。
综上所述，Fluent湍流积分尺度是理解湍流动力学和工程流体力学的重要概念。
在Fluent中，它被用来描述流体中湍流动量传递的特性，为更加精确地预测流体的流动和阻力提供了重要的帮助。
FLUENT简明中文教程--第三章，湍流模型-1
24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 i jj 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包含更多 物理机理每次迭代 计算量增加提的模型选RANS-based models25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 压力入口设置详解
压力入口条件确定边界流动参数的方式是这样的：1 不可压缩流动(1)总压和总温是给定的；(2)静压由计算域内部单元值外插得到；(3)静温等于总温；(4)入口面处的密度为常数，或者是温度和/或组分质量分数的函数；(5)Bernoulli 方程将总压、静压与速度联系起来，由此方程可计算得到速度大小，再由给定的流动方向矢量可以计算出速度分量。
对于轴对称旋转流动，速度应包括旋转速度分量。
2 可压缩流动(1)总压和总温是给定的；(2)如果入口为亚音速流动，静压由计算域中紧邻边界的内部流体单元值外插得到；如果入口处的流动为超音速的，静压必须是给定的；(3)理想气体等熵关系式将压力入口边界处的总压与静压、总温与静温以及速度（马赫数）联系起来，可以计算入口面处的速度大小，进一步利用给定的流动方向矢量可求得入口处速度分量；(4)密度由理想气体状态方程确定。
解释Supersonic/Initial Gauge Pressure ，它应该这么读：Supersonic Gauge Pressure or Initial Gauge Pressure 。
如入口处流动是超音速的，则该项为前者，如楼上2(2)条所述，就是静压。
如果入口处流动不是超音速的，则该项为后者，它的用处就是计算迭代初值时用（且可用可不用），别无它用。
至于驻点压力，指的是流体从无穷远处等熵滞止于相对于流场运动的钝体前驻点处时的压力，也就是（相对）总压。
驻点压力是指总压，总压等于动压加上静压。
即里面的total pressure 。
这里的gauge pressure 是指静压.而且total pressure 和gauge pressure 都是是相对于“operating condition ”栏里设置的压强的差值。
动压即221v ρ。
221pressure gauge pressure Total v ρ+=. 压力进口边界条件详解 同其他的流动标量属性一起，压力进口边界条件用于定义流动进口的动压。
- 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)。
FLUENT 中湍流参数的定义2011-07-28 10:46:03| 分类: 默认分类|举报|字号订阅流场的入口、出口和远场边界上，用户需要定义流场的湍流参数。
在FLUENT 中可以使用的湍流模型有很多种。
在使用各种湍流模型时，哪些变量需要设定，哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值，都是经常困扰用户的问题。
本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法，湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF(用户自定义函数)来定义，具体方法请参见相关章节的叙述。
在大多数情况下，湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的，因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。
特别是在不知道湍流参量的分布规律时，在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。
在设置边界条件时，首先应该定性地对流动进行分析，以便边界条件的设置不违背物理规律。
违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果，甚至使计算发散而无法进行下去。
在Turbulence Specification Method (湍流定义方法)下拉列表中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。
下面具体讨论这些湍流参数的含义，以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置:(1)湍流强度(Turbulence Intensity)湍流强度I的定义为:I=Sqrt(u’*u’+v’*v’+w’*w’)/u_avg(8-1)上式中u',v' 和w' 是速度脉动量，u_avg是平均速度。
湍流强度小于1,时，可以认为湍流强度是比较低的，而在湍流强度大于10,时，则可以认为湍流强度是比较高的。
在来流为层流时，湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。
比如在模拟风洞试验的计算中，自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。
在现代的低湍流度风洞中，自由流的湍流强度通常低于0.05%。
内流问题进口处的湍流强度取决于上游流动状态。
如果上游是没有充分发展的未受扰流动，则进口处可以使用低湍流强度。
如果上游是充分发展的湍流，则进口处湍流强度可以达到几个百分点。
如果管道中的流动是充分发展的湍流，则湍流强度可以用公式(8-2)计算得到，这个公式是从管流经验公式得到的: I=u’/u_avg=0.16*Re_DH^-0.125 (8-2) 其中Re_DH是HydraulicDiameter(水力直径)的意思，即式(8-2)中的雷诺数是以水力直径为特征长度求出的。
(2)湍流的长度尺度与水力直径湍流能量主要集中在大涡结构中，而湍流长度尺度l则是与大涡结构相关的物理量。
在充分发展的管流中，因为漩涡尺度不可能大于管道直径，所以l 是受到管道尺寸制约的几何量。
湍流长度尺度l 与管道物理尺寸L关系可以表示为: l = 0.07L (8-3)式中的比例因子0.07 是充分发展管流中混合长的最大值，而L则是管道直径。
在管道截面不是圆形时，L可以取为管道的水力直径。
湍流的特征长取决于对湍流发展具有决定性影响的几何尺度。
在上面的讨论中，管道直径是决定湍流发展过程的唯一长度量。
如果在流动中还存在其他对流动影响更大的物体，比如在管道中存在一个障碍物，而障碍物对湍流的发生和发展过程起着重要的干扰作用。
在这种情况下，湍流特征长就应该取为障碍物的特征长度。
从上面的分析可知，虽然式(8-2)对于大多数管道流动是适用的，但并不是普遍适用的，在某些情况下可以进行调整。
在FLUENT 中选择特征长L或湍流长度尺度l的方法如下:1)对于充分发展的内流，可以用Intensity and Hydraulic Diameter(湍流强度与水力直径)方法定义湍流，其中湍流特征长度就是Hydraulic Diameter(水力直径)HD。
2)对于导向叶片或分流板下游的流场，可以用Intensity and HydraulicDiameter(湍流强度与水力直径)定义湍流，并在Hydraulic Diameter(水力直径)中将导向叶片或分流板的开口部分的长度L 定义为特征长度。
3)如果进口处的流动为受到壁面限制且带有湍流边界层的流动，可以在Intensity and Length Scale 面板中用边界层厚度delta_99 通过公式l=0.4*delta_99计算得到湍流长度尺度l。
最后在Turbulence Length Scale(湍流长度尺度)中输入l的值。
(3)湍流粘度比湍流粘度比mu_t/mu与湍流雷诺数Re_t成正比。
湍流雷诺数的定义为:Re_t=k*k/(Epsilon*nu) (8-4)在高雷诺数边界层、剪切层和充分发展的管道流动中的数值较大，其量级大约在100 到1000 之间。
而在大多数外部流动的自由流边界上，湍流粘度比的值很小。
在典型情况下，其值在1 到10 之间。
(4)推导湍流变量时采用的关系式为了从前面讲到的湍流强度I，湍流长度尺度L和湍流粘度比mu_t/mu 求出其他湍流变量，必须采用几个经验关系式。
在FLUENT 中使用的经验关系式主要包括下面几种:1)从湍流强度和长度尺度求出修正的湍流粘度在使用Spalart-Allmaras 模型时，可以用湍流强度I和长度尺度l求出修正的湍流粘度，具体公式如下:nu~=Sqrt(1.5)*u_avg*I*L(8-5)在使用FLUENT 时，如果在Spalart-Allmaras 模型中选择Intensity and Hydraulic Diameter(湍流强度与水力直径)选项，则修正的湍流粘度就用这个公式求出。
其中的长度尺度l则用式(8-3)求出。
2)用湍流强度求出湍流动能湍流动能k与湍流强度I的关系如下:k=1.5*(u_avg*I)^2(8-6)如果在使用FLUENT 时没有直接输入湍流动能k和湍流耗散率Epsilon的值，则可以使用Intensity and Hydraulic Diameter(湍流强度与水力直径)、Intensity and Length Scale(湍流强度与长度尺度)或Intensity and Viscosity Ratio(湍流强度与粘度比)等方法确定湍流动能，而确定的办法就是使用上面的公式(8-6)。
3)用长度尺度求出湍流耗散率长度尺度l与湍流耗散率之间的关系为:epsilon=C_mu^0.75*k^1.5/l (8-7) 式中C_mu为湍流模型中的一个经验常数，其值约等于0.09。
在没有直接输入湍流动能k和湍流耗散率epsilon的情况下，可以用Intensity and Hydraulic Diameter(湍流强度与水力直径)或Intensity andLength Scale(湍流强度与长度尺度)等办法，利用上述公式确定湍流耗散率epsilon。
4)用湍流粘度比求出湍流耗散率湍流耗散率epsilon与湍流粘度比mu_t/mu 和湍流动能k的关系如下: epsilon=rho* C_mu*k^2/mu*(mu_t/mu)^-1 (8-8)式中C_mu为湍流模型中的一个经验常数，其值约等于0.09。
在没有直接输入湍流动能k 和湍流耗散率epsilon的情况下，可以用Intensity and ViscosityRatio(湍流强度与粘度比)定义湍流变量，实际上就是利用上述公式算出湍流耗散率epsilon。
5)湍流衰减过程中湍流耗散率的计算如果计算风洞阻尼网下游试验段中的流场，可以用下式求出湍流耗散率Epsilon:epsilon=delta_k*U_farfield/L_farfield(8-9) 式中delta_k是湍流动能k 的衰减量，比如可以设为入口处k 值的10,，U_farfield是自由流速度，L_farfield是自由流区域的长度。
(8-9)式是对高雷诺数各向同性湍流衰减指数律的线性近似，其理论基础是衰减湍流中湍流动能k的方程:U*(partial derivative of U with respect to x)= -epsilon (8-10) 如果用这种方法计算epsilon，还需要用(8,8)式检验计算结果，以保证湍流粘度比mu_t/mu不过大。
虽然这种方法在FLUENT 中没有使用，但是可以用这种方法估算出自由流中的湍流耗散率epsilon，然后再用(8,6)式确定k，最后在Turbulence Specification Method(湍流定义方法)下拉列表中选择K and Epsilon( k 和Epsilon )并k和Epsilon的计算结果输入到相应的栏目中。
6)用长度尺度计算比耗散率如果知道湍流长度尺度l，可以用下式确定omega:omega=k^0.5/(C_mu^0.25*l) (8-11)式中C_mu和长度尺度l的取法与前面段落中所述相同。
在使用Intensity and Hydraulic Diameter(湍流强度与水力直径)或Intensity and Length Scale(湍流强度与长度尺度)定义湍流时，FLUENT 用的就是这种方法。
7)用湍流粘度比计算比耗散率omega的值还可以用mu_t/mu 和k通过下式计算得出:omega=rho*k/mu*(mu_t/mu)^-1 (8-12)在使用Intensity and Viscosity Ratio(湍流强度与粘度比)方法定义湍流时，FLUENT就是使用上述关系式对湍流进行定义的。
8)用湍流动能定义雷诺应力分量在使用RSM(雷诺应力模型)时，如果用户没有在Reynolds-Stess Specification Method(雷诺应力定义方法)的Reynolds-StressComponents(雷诺应力分量)选项中直接定义雷诺应力的值，则雷诺应力的值将由给定的k值计算得出。
假定湍流是各向同性的，即: Average(u’_i* u’_j)=0 (8-13) 且: Average(u’_aphla*u’_aphla)=2k/3 (8-14)如果用户在Reynolds-Stress Specification Method(雷诺应力定义方法)下拉列表中选择K or Turbulence Intensity(k或湍流强度I)时，FLUENT就用这种方法定义湍流。
(5)在大涡模拟方法(LES)中定义进口湍流在使用速度进口条件时，可以将湍流强度作为对LES 进口速度场的扰动定义在边界条件中。
在实际计算中，根据湍流强度求出的随机扰动速度分量与速度场叠加后形成LES 算法边界上的、随机变化的速度场。