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湍流边界条件设置 在流场的入口、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 Hydraulic Diameter （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 Hydraulic Diameter （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