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文檔簡介
1、會計(jì)學(xué)1ansysFLUENT湍流湍流(tunli)模型模型第一頁,共32頁。n對初場敏感第1頁/共32頁第二頁,共32頁。SmallStructuresLargeStructuresEnergy Cascade (after Richardson, 1922)Injectionof energyDissipationof energyDissipating eddiesLarge-scale eddiesFlux of energy第2頁/共32頁第三頁,共32頁。外流外流(wili)內(nèi)流內(nèi)流自然自然(zrn)對流對流along a surfacearound an obstaclewher
2、ewhereOther factors such as free-stream turbulence, surface conditions, blowing, suction, and other disturbances etc. may cause transition to turbulence at lower Reynolds numbers(Rayleigh number)etc.,hddxL (Prandtl number)第3頁/共32頁第四頁,共32頁。Re 3.51063105 Re 3.510640 Re 150150 Re 31055-15 Re 40 Re 5 湍流
3、湍流(tunli)渦街,但渦間距離更近渦街,但渦間距離更近邊界層轉(zhuǎn)捩邊界層轉(zhuǎn)捩(zhun li)為湍流為湍流 分離點(diǎn)前為層流邊界層,尾跡為湍流分離點(diǎn)前為層流邊界層,尾跡為湍流層流渦街層流渦街尾跡區(qū)有一對穩(wěn)定渦尾跡區(qū)有一對穩(wěn)定渦蠕動流(無分離)蠕動流(無分離)第4頁/共32頁第五頁,共32頁。瞬時(shí)速度(shn sh s d)分布 時(shí)間(shjin)平均的速度分布 第5頁/共32頁第六頁,共32頁。橫風(fēng)中的射流橫風(fēng)中的射流(shli)From Su and Mungal in Durbin and Medic (2008)第6頁/共32頁第七頁,共32頁。Reynolds stress tenso
4、r, Rij第7頁/共32頁第八頁,共32頁。散的nRANS方程中的雷諾應(yīng)力張量代表湍流脈動的混合和平均帶來的光順第8頁/共32頁第九頁,共32頁。n雷諾應(yīng)力模型 (RSM): 求解六個(gè)雷諾應(yīng)力項(xiàng)(加上耗散率方程)的偏微分輸運(yùn)方程組Eddy viscosity第9頁/共32頁第十頁,共32頁。n對一般(ybn)問題,我們需要導(dǎo)出偏微分輸運(yùn)方程組來計(jì)算渦粘系數(shù)n湍動能k 啟發(fā)了求解渦粘模型的物理機(jī)理第10頁/共32頁第十一頁,共32頁。n渦粘模型和流體旋轉(zhuǎn)引起的雷諾應(yīng)力項(xiàng)不相關(guān)n平均速度的應(yīng)變張量導(dǎo)出的雷諾應(yīng)力假設(shè)不總是有效的第11頁/共32頁第十二頁,共32頁。RANS basedmodels
5、一方程一方程(fngchng)模型模型 Spalart-Allmaras二方程二方程(fngchng)模型模型 Standard k RNG k Realizable k Standard k SST k4-Equation v2f *Reynolds Stress Modelkkl Transition ModelSST Transition ModelDetached Eddy SimulationLarge Eddy Simulation Increase inComputational Cost Per Iteration*A separate license is required第
6、12頁/共32頁第十三頁,共32頁。第13頁/共32頁第十四頁,共32頁。, 第14頁/共32頁第十五頁,共32頁。n對有大的壓力梯度、強(qiáng)分離流、強(qiáng)旋流和大曲率流動,模擬精度不夠。n難以準(zhǔn)備模擬出射流的傳播n對有大的應(yīng)變區(qū)域(如近分離點(diǎn)),模擬的k 偏大第15頁/共32頁第十六頁,共32頁。nRNG k (RNG) 模型:nk方程中的常數(shù)是通過重正規(guī)化群理論分析得到,而不是通過試驗(yàn)得到的,修正了耗散率方程n在一些復(fù)雜的剪切流、有大應(yīng)變率、旋渦、分離等流動問題比SKE 表現(xiàn)更好第16頁/共32頁第十七頁,共32頁。模型nSST k 模型混合了 和模型的優(yōu)勢,在近壁面處使用k模型,而在邊界層外采用
7、 k 模型n包含了修正的湍流粘性公式,考慮了湍流剪切應(yīng)力的效應(yīng)nSST 一般能更精確的模擬(mn)反壓力梯度引起的分離點(diǎn)和分離區(qū)大小第17頁/共32頁第十八頁,共32頁。積,導(dǎo)出六個(gè)獨(dú)立的雷諾應(yīng)力分量輸運(yùn)方程nRSM適合于高度各向異性流,三維流等,但計(jì)算代價(jià)大n目前 RSMs 并不總是優(yōu)于渦粘模型第18頁/共32頁第十九頁,共32頁。y is the normal distancefrom the wall.Outer layerUpper limit of loglaw region dependson Reynolds numberViscous sublayerBufferlayer o
8、rblendingregionFully turbulent region(log law region)Inner layer第19頁/共32頁第二十頁,共32頁。第20頁/共32頁第二十一頁,共32頁。inner layerouter layer第21頁/共32頁第二十二頁,共32頁。n:(Bulk Reynolds number)(Hydraulic diameter)第22頁/共32頁第二十三頁,共32頁。第23頁/共32頁第二十四頁,共32頁。n加強(qiáng)壁面函數(shù)用于對數(shù)定律不適合的更復(fù)雜的流動(lidng)(例如非平衡壁面剪切層或低雷諾數(shù)流動(lidng))第24頁/共32頁第二十五頁,
9、共32頁。nn湍流強(qiáng)度和水力直徑(主要適合內(nèi)流)n湍流強(qiáng)大和粘性比(主要適合外流)第25頁/共32頁第二十六頁,共32頁。N. Djilali and I. S. Gartshore (1991), “Turbulent Flow Around a Bluff Rectangular Plate, Part I: Experimental Investigation,” JFE, Vol. 113, pp. 5159.D000,50ReDRxRecirculation zoneReattachment point0U第26頁/共32頁第二十七頁,共32頁。RNG kStandard kReyn
10、olds StressRealizable kContours of Turbulent Kinetic Energy (m2/s2)0.000.070.140.210.280.350.420.490.560.630.70第27頁/共32頁第二十八頁,共32頁。Experimentally observed reattachment point is atx / D = 4.7Predicted separation bubble:Standard k (SKE)SkinFrictionCoefficientCf 1000SKE severely underpredicts the size of the separation bubble, while RKE predicts the size exactly.Realizable k (RKE)Dis
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