理论教育 ANSYS14.0/FLOTRAN近壁区域处理解析与应用案例

ANSYS14.0/FLOTRAN近壁区域处理解析与应用案例

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:以上8种湍流模型,除了零能方程模型外都要求使用近壁参数,以考虑近壁区域的流体状态。k-ω湍流模型与SST湍流模型中的近壁面处理方法有些细小的差别。k-ε湍流模型对紧邻壁面区域的流体流动情况无效。给出的当前速度值在具有壁面的某一距离处平行于壁面,并且使用迭代计算方法获得壁面剪切应力。其中,κ和E的默认值分别为0.4和9.0,后者对应于光滑壁面条件。

ANSYS14.0/FLOTRAN近壁区域处理解析与应用案例

以上8种湍流模型,除了零能方程模型外都要求使用近壁参数,以考虑近壁区域的流体状态。k-ω湍流模型与SST湍流模型中的近壁面处理方法有些细小的差别。k-ε湍流模型对紧邻壁面区域的流体流动情况无效。壁面湍流模型用于壁面单元。给出的当前速度值在具有壁面的某一距离处平行于壁面,并且使用迭代计算方法获得壁面剪切应力。该壁面函数被称为“壁面对数定律”,即

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式中,vtan为平行壁面的速度;τ剪应力ν为动力粘度(m/r);κ为壁面函数的斜率参数;E为壁面函数常数;δ为与壁面之间的距离。

其中,κ和E的默认值分别为0.4和9.0,后者对应于光滑壁面条件。

由剪切应力可以计算粘度

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壁面附近的单元粘度值要大于层流粘度并且由式(2-57)进行计算。近壁面的湍流动能值由k-ε湍流模型计算获得。下式给出了近壁耗散率

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式中,εnw为近壁耗散率;knw为近壁动能。

基于湍流产生和耗散相等的原理,用户直接任意选择一类近壁公式,下式为根据该条件选择产生的近壁参数y+的表达式

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现在,可以基于壁面参数y+计算壁面单元有效粘度和热传导系数。 壁面的附属层流的壁面参数等于yt+,并且其默认值为11.5,则有(www.daowen.com)

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参数Pfn的定义式

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式中,Pr普朗克数;A为Van Driest参数。

用不同的方法处理流体壁面区流体流动,不会影响层流的求解结果,但是剪切应力也作为壁面算法求解结果的一部分。

用户可以使用下列方式设置湍流壁面参数:

GUI:Main Menu︱Solution︱FLOTRAN Set Up︱Turbulence︱Wall Parameters,弹出图2-11所示的湍流参数设置面板,

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图2-11 湍流参数输入面板

该面板包括以下6个设置选项:WALL—该选项用来选择壁面传导模型,默认的模型为Van Driest,该模型多用于高普朗克的流体;第二种为Spalding模型,该模型适用于低普朗克模型;第三种模型为Equilibrium模型,对壁面粘度程序会自动引入该模型。TRAN—附属层流的外边界y+标记的赋值,仅对Equilibrium模型有效,默认值为11.5;KAPP—壁面函数斜率常数,该参数是归一化剪切速度与归一化到壁面的距离曲线斜率,默认值为0.4;EWLL—壁面函数常数,默认值为9.0;VAND—Van Driest模型的传导常数,默认值为26.0。KS—单位长度上局部均匀壁面表粗糙度值,默认值为0,壁面为光滑壁面。

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