FLUENT 提供的湍流模型（SpalartAllmaras ，ke，kω）.doc

FLUENT?提供的湍流模型 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 The Spalart-Allmaras 模型对于解决动力漩涡粘性，Spalart-Allmaras 模型是相对简单的方程。它 包含了一组新的方程，在这些方程里不必要去计算和剪应力层厚度相关的长度尺度。Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动，而且已经显示出和好 的效果。在透平机械中的应用也愈加广泛。在原始形式中Spalart-Allmaras 模型对于低雷诺数模型是十分有效的，要求边界层中粘性影响的区域被适 当的解决。在FLUENT中，Spalart-Allmaras 模型用在网格划分的不是很好时。这将是最好的选择，当精确的计算在湍流中并不是十分需要时。再有，在模型中近壁的变 量梯度比在k-e模 型和k-ω模型中 的要小的多。这也许可以使模型对于数值的误差变得不敏感。想知道数值误差的具体情况请看5.1.2。需要注意的是Spalart-Allmaras 模型是一种新出现的模型，现在不能断定它适用于所有的复杂的工程流 体。例如，不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。还有要注意的是,单方程的模型经常因为对长度的不敏感而受到批评，例如当流动墙壁束缚变 为自由剪切流。标准k-e模型最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺 度。在FLUENT中， 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的工具了。适用范围广、经济，有合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换 模拟中有如此广泛的应用了。它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。由于人 们已经知道了k-e模 型适用的范围，因此人们对它加以改造，出现了RNG k-e模型和带旋流修正k-e模型1.RNG k-e模型RNG k-e模型来源于严格的统计技术。它和标准k-e模型很相似，但是有以下改进：?RNG模型在e方程中加了一个条件，有效的改善了精度。?考虑 到了湍流漩涡，提高了在这方面的精度。?RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式，然而标准k-e模型使用的是用户提供的常数。?然而标准k-e模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些公式的效用依靠正 确的对待近壁区域这些特点使得RNG k-e模型比标准k-e模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。2.带旋流修正的 k-e模型带旋流修正的 k-e模型是近期才出现的，比起标准k-e模型来有两个主要的不同点。?带旋流修正的 k-e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。带旋流修正的 k-e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。带旋流修正的 k-e模型和RNG k-e模型都显现出比标准k-e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-e模型是新出现的模型，所以现在还没有确凿的证据表明它比RNG k-e模型有更好的表现。但是最初的研究表明带旋流修正的 k-e模型在所有k-e模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。带旋流修正的 k-e模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘 度。这是因为带旋流修正的 k-e模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋度的影响。这种额外的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。标准 k-ω模型标 准k-ω模型是 基于Wilcox k-ω模型，它是为考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流传播而修改的。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 流和放射状喷射，因而可以应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。标准k-e模型的一个变形是SST k-ω模型，它在FLUENT中也是可用的，将在10.2.9中介绍它。剪切压力传输（SST） k-ω模型SST k-ω模型由Menter发展，以便使得在广泛的领域中可以独立于k-e模型，使得在近壁自由流中k-ω模型有广泛的应用范围和精度。为了达到此目的，k-e模型变成了k-ω公式。SST k-ω模型和标准k-ω模型