理论教育 FLOTRAN湍流模型选择与应用

FLOTRAN湍流模型选择与应用

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:FLOTRAN提供了8种湍流模型:●标准的k-ε模型。通常,在大应变区RNG、NKE、GIR和SZL湍流模型能够得到更加真实和可靠的结果。RNG、NKE、GIR和SZL湍流模型通过调整湍流常数Cμ和耗散方程中的源项实现控制额外的湍流,调整与局部的应变率保持一致。k-ω湍流模型在近壁面处存在优势,它可以精确地预测逆压力梯度下的湍流长度尺度。对于自由流湍流k-ω模型比k-ε模型更加敏感。

FLOTRAN湍流模型选择与应用

FLOTRAN提供了8种湍流模型:

●标准的k-ε模型。

●零能方程模型(Zero Equation Model)。

●RNG k-ε模型(Re-normalized Group Model)。

●NKE k-ε模型(New k-ε Model due to Shih)。

●GIR k-ε模型(Model due to Girimaji)。

●SZL k-ε模型(Shi,Zhu,Lumley Model)。

●标准的k-ω模型。

●SST模型(Shear Stress Transport Model)。

这8种湍流模型中最简单模型为零能方程湍流模型。RNG、NKE、GIR和SZL模型是对标准k-ε模型的修正模型。通常,在大应变区RNG、NKE、GIR和SZL湍流模型能够得到更加真实和可靠的结果。因此这些模型适用于流动被急剧加速或减速的情况,如收敛喷管和流动存在严重的分离或回流,或一个流动经历了180°转弯的管道。

RNG、NKE、GIR和SZL湍流模型通过调整湍流常数Cμ和耗散方程中的源项实现控制额外的湍流,调整与局部的应变率保持一致。(www.daowen.com)

k-ε湍流模型及其修正模型,将湍流粘度作为湍流参数中的动能k和耗散率ε的函数进行计算,表达式如下

式中,Cμ为湍流常数;k为湍流动能(以ENKE输入和输出);ε为湍流动能耗散率(以ENDS输入和输出)。

在RNG和标准k-ε湍流模型中,Cμ为常数,在NKE、GIR和SZL湍流模型中为变量

在k-ω模型和SST模型中,湍流粘度的计算公式为

ω的表达式为

式中,ω为比值耗散率(specific dissipation rate)。

k-ε模型及其修正模型需要求解湍流动能和湍流动能耗散率的偏微分方程,而k-ω和SST湍流模型需要求解湍流动能和耗散率的偏微分方程。

一般来说,标准k-ε模型是第一个可以使用的模型。该模型可以真实地模拟流动情况。特别适用于管道和槽道中的湍流流动分析。然而,在很多情况下,它对湍流强度总是预测过高。例如,在收敛喷管中的流动经历重要的法向应变,标准k-ε模型总是过高估计湍流强度。导致湍流动能被过高估计,并且有些情况还会导致有效粘度阻止湍流中的激波模拟。

k-ω湍流模型在近壁面处存在优势,它可以精确地预测逆压力梯度下的湍流长度尺度。对于自由流湍流k-ω模型比k-ε模型更加敏感。剪应力传送模型(SST)合并了近壁处的k-ω模型和远离壁面处的标准k-ω模型来克服两种湍流模型的不足。

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