四种湍流模型介绍

湍流初级教程湍流是流体中的一种不规则运动，它是由于流体受到不同速度、不同方向的扰动而产生的，这些扰动会交替出现，形成不规则的涡流，并使流体表现出随机性、非线性等特征。

在实际工程中，湍流是普遍存在的，因此对湍流的理解及控制至关重要。

下面是一个湍流初级教程：1.湍流模型及其分类。

为了研究湍流，通常需要引入数学模型来描述湍流的演化和传输。

湍流模型主要可以分为两类：基于数据和基于物理。

基于数据的模型依赖于实验或数值模拟得到的数据，而基于物理的模型则基于流体力学的基本方程和基本物理原理进行构建。

常用的基于物理的湍流模型有RANS（雷诺平均Navier-Stokes）模型、LES（大涡模拟）模型、DNS（直接数值模拟）模型等。

2.湍流特性。

湍流有许多特性，其中一些重要的特性包括：-非线性：湍流中的各向异性和非线性效应是由于流体运动中存在的不对称性和动量传输导致的。

这使得湍流的预测变得非常困难。

-随机性：由于湍流的随机性，湍流运动是无规律的，不能通过简单的规律和关系来描述。

-涡流：湍流中存在许多大小不同的涡流结构，这些涡流结构不断变化并相互作用。

彼此之间是复杂的相互作用，将能量从大的涡流向小的涡流传递，形成一个级联的涡流系统。

3.湍流模拟方法。

湍流模拟方法通常可以分为实验室实验、数值模拟两类。

实验室实验可用于观察湍流现象，同时获得一些数据供数值模拟使用；数值模拟可以通过计算机计算来模拟湍流现象，根据所选的数学模型进行湍流计算。

4.湍流控制方法。

对于某些工程问题，需要对湍流进行控制以达到优化的效果，湍流控制方法主要包括：-增加流体粘性。

-改变流体性质。

-利用机械设备控制湍流。

-利用外场控制湍流。

以上是一些湍流初级教程的介绍，希望对初学者有所帮助。

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('-+=ΛΛΛi 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。

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。

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。

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。

四种湍流模型介绍湍流是一种自然界中的非常普遍的现象，它的产生非常复杂且难以完全理解。

然而，对于一些科学领域来说，湍流是非常重要的，比如气象学、海洋学、工程学等。

湍流的模拟对于这些领域中的许多问题都是至关重要的。

本文将介绍四种湍流模型的基本概念及其应用。

1. DNS（直接数值模拟）DNS模型是把流体问题看做一组微分方程的解，对流体流动的每个细节都进行了计算。

这种模型的重要性在于它能够提供非常详细的流场信息，而且可以完全地描述流体力学问题，因此它也被称为“参考模型”。

然而，DNS模型也有一些局限性。

由于湍流的分子尺度是非常小的，因此在模型计算时需要高分辨率的计算网格，这使得计算时间和存储空间要求非常高。

此外，由于瞬时的湍流性质非常不稳定，因此DNS模型的计算过程也非常复杂。

因此，在实际应用中，DNS模型的应用受到了很大的限制。

2. LES（大涡模拟）LES模型是将湍流分解成大尺度的大涡和小尺度的小涡，并通过计算大涡的运动来获得流场的信息。

相比于DNS模型，LES模型计算的时间和存储空间要求比较低。

但是，这种模型仍然需要计算小涡的贡献，因此计算时仍然需要很高的分辨率。

在工程学中，这种模型常用于模拟湍流流动问题，比如气动噪声、汽车的气动流动、空气污染等问题，因为模型能够更好地反映流场的基本特性，提供比较准确的结果。

3. RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯方程模型）RANS模型通过对湍流流场的平均速度和压力场进行求解，以获得平均情况下的流动情况。

该模型在计算湍流流场时，只需要考虑平均的流态，不需要计算流动中的小且不稳定的涡旋，因此计算效率比较高。

这种模型常用于一些基于大规模的工程计算，如风力发电机、涡轮机、船舶的流动等。

研究发现，在这些问题中，相比于LES模型，RANS模型所得到的结果精度略低，但是在很多领域中已经被广泛地应用。

4. VLES（小尺度大涡模拟）VLES模型是LES模型和RANS模型的结合体，通过计算流场中的大尺度涡旋和小尺度涡旋来提高计算的准确性。