计算机模拟求解流体力学方程,计算流体力学模拟（CFD模拟）FLUENT中的湍流模型（一）...

fluent作为常用的计算流体力学模拟软件(CFD模拟软件)，提供了众多的湍流模型，本文将简单介绍一个各个湍流模型。

湍流出现在速度变动的地方。这种波动使得流体介质之间相互交换动量、能量和浓度变化，而且引起了数量的波动。由于这种波动是小尺度且是高频率的，所以在实际工程计算中直接模拟的话对计算机的要求会很高。实际上瞬时控制方程可能在时间上、空间上是均匀的，或者可以人为的改变尺度，这样修改后的方程耗费较少的计算机。但是，修改后的方程可能包含有我们所不知的变量，湍流模型需要用已知变量来确定这些变量。

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

如何选择一个湍流模型

不幸的是没有一个湍流模型对于所有的问题是通用的。选择模型时主要依靠以下几点：流体是否可压、建立特殊的可行的问题、精度的要求、计算机的能力、时间的限制。为了选择合适的模型，你需要了解不同条件的适用范围和限制

这一章的目的是给出在FLUENT中湍流模型的总的情况。我们将讨论单个模型对cpu和内存的要求。同时陈述一下一种模型对那些特定问题比较适用，给出一般的指导方针以便对于你需要的给出湍流模型。

1.雷诺平均逼近vs LES

在复杂形体的高雷诺数湍流中要求得精确的N-S方程的有关时间的解在近期内不太可能实现。两种可选择的方法用于把N-S方程不直接用于小尺度的模拟：雷诺平均和过滤。两种方法都介绍了控制方程的附加条件，这些条件用于使模型封闭(封闭意味着有足够的方程来解所有的未知数。)

对于所有尺度的湍流模型，雷诺平均N-S方程只是传输平均的数量。找到一种可行的平均流动变量可以尽可能的减少计算机的工作量。如果平均流动是稳态的，那么控制方程就不必包含时间分量，并且稳态状态解决方法会更加有效。甚至在暂态过程中计算也是有利的，因为时间步长在平均流动中取决于全局的非稳态。雷诺平均逼近主要用于实际工程计算中，还有使用的模型比如Spalart-Allmaras，k-e系列，k-ω系列和RSM。

LES提供了一种方式，让依靠时间尺度模拟的大边界计算问题可以利用一系列的过滤方程。对于解确切的N-S方程，过滤是一种必要的方法，用于改变比过滤法尺度小的边界,通常用于网格大小。和雷诺平均一样，过滤法加入了未知的变量，必须模拟出来以便方程能够封闭。

必须强调的是LES应用于工业的流产模拟还处于起步阶段。回顾近期的出版物，典型的方法已经用于简单的几何形体。这主要是因为解决含有能量的湍流漩涡需要大量的计算机资源。很多成功的LES模型已经用于高度空间的离散化，而且花了很多精力来解决尺度比惯性附属区域大的方面。在中间流中用LES降低精度的方法没有很多的资料。另外，用LES解决平板问题还需要进一步的证实。

作为一个一般性的介绍，在这里推荐一般的湍流模型用雷诺平均对于实际的计算是十分有用的。在后面的章节中中将会详细介绍的LES逼近，对你十分有用，如果你的计算机能力很强大或者有意更新你的计算机的话。这一章余下的部分将会介绍选择雷诺平均逼近模型。

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