数值模拟1些问题.docxVIP

1、湍流数值模拟有哪几种方法，有何特点？ Reynolds时均法 (RANS)，特点：a)解总体均值（或者时间均值）纳维－斯托克斯方程b)在RANS方法中，所有湍流尺度都进行模拟；c)在工业流动计算中使用得最为广泛 大涡模拟 (LES)，特点：a）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 ； b)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)特点：a)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； b)解出尺寸频谱，不需要任何模型；c)花费太高！ 对工程流动不实用 。 2、 雷诺应力如何产生的，这项的物理意义是什么？它与分子粘性切应力有何共同特点？ 答：由于湍流脉动运动所形成的附加应力，这些附加应力称为雷诺应力， 物理意义：雷诺应力表示湍流脉动动量通量的平均值； 湍流平均流的粘性切应力和雷诺应力均随坐标而变化，但两者之和处处是一常数，等于粘性切应力在板面的值 ； 区别： (1) 湍流平均运动中，雷诺应力往往远大于分子粘性应力。 (2) 分子运动的特征长度是分子运动平均自由程，它远远小于流动的宏观尺度，而湍流脉动的最小特征尺度仍属于宏观尺度范围内。 (3) 湍流脉动产生的平均动量通量（即雷诺应力）和其它湍流输运现象与分子热运动产生的粘性应力和分子输运过程的物理机制不同。离散分子之间的动量交换主要是相互碰撞作用，湍流中流体质点的脉动既要受连续方程制约，又要满足宏观的动量平衡方程（N-S 方程），流体质点之间相互作用比离散分子之间的相互作用要复杂得多。特别是，湍流脉动具有多尺度性，流体质点之间存在多尺度的非线性相互作用。 3、所谓零方程，一方程，两方程是根据什么划分的，各自有什么特点，是如何引入的？ 答：所谓零方程，一方程，两方程是根据在求解工程紊流问题过程中除平均运动方程和连续方程以外引入其它方程数目来划分的。零方程：只需把雷诺应力直接代入运动方程中去，而不必别外再加上其它的补充方程式了。该模型简单，但因为忽略了紊流的对流和扩散输送，对不同的流动要采用不同的经验系数，缺少通用性。不适合复杂流动；一方程，在平均运动的连续性方程和动量方程基础上，添加一个湍动能方程（K）方程，该模型部分考虑了紊流的历史效应，但长度尺寸须由经验给出，对于复杂问题其值很难确定。普遍性不高，对于复杂流动精度也不高。二方程：在一方程的基础上再增加一个ε（耗散率）为因变量的控制方程，来使方程组封闭，该模型基本形式比较简单，实际应用性广，能成功的预测许多剪切层型水流和回流，适用于各向同性或弱各向异性紊流。但也有一些缺陷，对旋流、浮力流、重力分层流、曲壁边界层，低Re数流动以，圆管射流几乎不适用。 4、欧拉－拉格朗日类模型中有类是单颗粒动力学模型。在拉格朗日坐标系中，一般形式的颗粒运动方程每一项是什么意义，该如何简化？ 答：在拉格朗日坐标中，一般形式的颗粒运动方程为： 6、简单介绍商用计算流体力学软件FLUENT在多相流数值模拟上的应用。 答：Fluent中描述多相流模型有：欧拉法：VOF模型、混合模型、欧拉模型 VOF适用于分层流或自由表面流 混合或欧拉模型适用于流动中有混合或分离或者离散相的体积份额超过10%-12%的情况 VOF法用来处理没穿插的多相流问题 使用欧拉-欧拉法时连续相和分散相被视为连续的一体 7、SIMPLE算法的基本思想与步骤？ 答：基本思想：速度场的假定与压力场的假定各自独立进行，二者无任何联系。对假定压力场的修正通过已求解的速度场的质量守恒条件得到；在做速度修定时，忽略不同位置的速度修正之间的影响。 步骤： 1、假定一个速度分布，记为u0,v0,以此计算动量离散方程中的系数及常数项；2、假定一个压力场p﹡；3、依次求解动量方程，得到u﹡,v﹡；4、求解压力修正方程，得p’；5、据p’改进速度场；6、利用改进后的速度场求解相关物理量?；7、重复上述步骤，直至收敛。 8. 何判断数值解的准确性？ 实验验证、精确分析解验证、特定问题的基准解验证 9、CFD常用的数值方法：有限差分法、有限体积法、有限分析法、有限元法、边界元法。 10、在近壁面区的处理方式 1近壁区流动FLUENT有两种方法来处理1y+壁面函数法（在划分网格时，不需要在壁面区加密，只需要把第一个内节点布置在对数律成立的区域内） 2在边界层网格划分的要密集些，采用低Re数动能-动能耗散模型?壁面函数法的基本思想是：对于湍流核心区的流动使用动能-动能耗散模型求解，而在壁面不进行求解，直接使用半经验公式将壁面上的物理量与湍流核心区的求解变量联系起来。 FEM Finite Element Eethod 有限元法FDM Finite-D