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软件开发价格 湍流模拟|04 采用湍流模子

发布日期:2024-08-09 07:10    点击次数:63
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对于大无数工业诈欺,涡粘模子提供了准确性和慎重性之间的最好均衡。通常情况下不提倡将雷诺应力模子(Explicit Reynolds Stress Models,RSM)用于一般用途,因为其常会导致慎重性问题,且不会可靠地普及精度。在大无数情况下,RSM琢磨的出奇物理效应也不错通过曲率修正、转角修正和浮力扩展,终末使用显式雷诺应力模子(Explicit Reynolds Stress Models软件开发价格,EARSM)添加到涡粘模子中。

3.3.1 Spalart-Allmaras (SA)单方程模子

Spalart-Allmaras的单方程模子被等闲用于航空工业中的外部空气能源学诈欺,而且该模子也相配恰当此类诈欺。相对于具有逆压力梯度和分离的流动的k-ε模子,SA提供了立异的性能。总体而言,SA模子瞻望分离的准确性低于SST和GEKO等最优两边程模子。另一方面,SA模子只需条件解一个传输方程,因此盘算量小。SA模子不提倡用于一般用途,因为其莫得很好地针对解放剪切流进行校准。它确乎瞻望了搀和层的准确扩展速率,但对于平面射流和圆形射流却失败了,因为模子狠恶耗散了这些射流(扩展速率过大)。此外,该模子不可瞻望解放流湍流的衰减,而这些特质对某些类型的层流湍流转捩瞻望很紧迫。

Ansys Fluent中的SA模子也莫得扩展到包括:

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层流-湍流转捩浮力修正Stress-Blended Eddy Simulation(SBES模子)3.3.2 两边程模子

两边程模子是工业流动模拟的主要模子系列。它们组成了可包含 RANS 建模通盘元素的构件系统的基础。

在两边程模子系列中,保举使用基于的模子。与基于的模子比拟,模子提供了更优的壁面惩处要领,因此愈加活泼和准确,终点是对于非均衡流动。如图 1 中的 Vogel 和 Eaton 后向台阶流动模拟收场就证实了这小数。该流动提供了台阶卑鄙壁面剪应力整个  和传热整个  的施行数据。这项研究的网格近壁面分裂率为 y+ <1。

图1露馅了罗致不同湍流模子模拟收场的比较。通盘露馅的模子变体都基于相易的范例模子。 ML模子是低Re模子的代表,其扼制了人所共知的模子颓势,即在再附点隔壁对的过度瞻望。相通的模子说合了基于2层的增强壁惩处(EWT),露馅出王人备不同的步履,热传递整个的分散相配平坦(但的匹配更好)。模子说合V2F要涌现导致分离气泡尺寸的过度瞻望,热传递整个分散过高。V2F模子仅用于比较,并未在ANSYS CFD代码中提供。

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图1:后向道路流的壁面剪切应力整个Cf(左)和壁面传热整个St(右)[12]

基于 且其参数的GEKO模子(简写为GEKO-1.0)露馅出对和St的最好一致性。GEKO-1.0模子是将精准挪动为的模子,但子层模子以外。请阻挠,其他模子,如BSL/SST模子,产生的收场与GEKO相配相似。这个例子标明,与其他要领比拟,基于方程的湍流模子在瞻望壁面剪切应力和热传递分散方面进展出色。

系列湍流模子在瞻望逆压梯度流动和分离开头时具有出奇的上风,这将在第4.2节中展示。终末,模子与层流-湍流转捩模子与粗莽壁面惩处模子相兼容。ANSYS CFD中的通盘模子都罢明晰对y+不解锐的壁面惩处,从而幸免了对于模子中壁面函数的最好采用的盘问(参见9.3)。值得阻挠的是,模子之间的网格分裂率条件是相易的。在粗网格(大y+)的情况下,y+不解锐的壁面惩处将自动切换到壁面函数,因此莫得必要明确地采用壁面函数(在某些模子中需要采用)。

范例k-epsilon模子仅在需要向后兼容性的情况下采用(如与过去使用此模子进行的模拟收场比较)。请阻挠,此模子默许情况下不激活适度器,因此过度的湍流产生可能会影响模拟收场。请阻挠,衰退适度器可能会普及经管性(但原因是过错的)。提倡激活Production Limiter。阻挠,带有 = 1.0和 = 1.0的GEKO模子是范例模子的精准挪动。而且具有更优的壁面惩处和自动激活的收场性适度器。在粗网格上使用Scalable壁面函数;在细腻网格上使用基于2层抒发式的EWT。Realizable k-e 模子 (RKE)仅在需要向后兼容性的情况下采用。阻挠,此模子的可收场性适度器(Realizaility Limiter)仅部分灵验,其允许在非剪切区域产生大的湍流(参见4.7)。该模子不错与Production Limiter说合使用。在粗网格上使用Scalable壁面函数,对于细腻的网格,使用基于2层抒发式的EWT。RNG k-e模子 (RNGKE)仅在需要向后兼容性的情况下采用。范例k-w模子不要使用范例  模子。该模子的盘算收场对剪切层外的解放流  值具有狠恶的依赖性。该模子主如果出于历史原因而提供的。BSL/SST模子大无数工业诈欺场景都保举使用 SST 模子。该模子对于具有逆压梯度及分离的流动具有很高的精度。在界限层之外,其将复原到模子缔造。SST模子准确瞻望分离的智商基于SST适度器,该适度器可裁减此类流动的涡流粘度。在某些情况下,较大的分离区域可能标明存在不壮健步履或不适合骨子情况(由于网格分裂率不及或复杂的三维风物与流动的相互作用),做软件需要多少钱这可能导致不睬思的盘算收场或经管遵守欠安。在这种情况下,不错将模子的整个(默许= 0.31)增多到 = 0.31-1.0的限制内,以减少分离。请阻挠,整个不可低于其默许值,不然将违犯模子对界限层的基本校准。大约不错切换到BSL模子,该模子王人备禁用了SST Limiter。BSL和SST模子会自动激活Production Limiter。BSL和SST模子会自动激活y+不解锐壁面惩处(y+-insensitive wall-treatment)。不要在职何模子中使用低雷诺数修正(low-Reynolds number correction)。低雷诺数修恰是一个历史特质,其不需要将方程积分到壁面,但可能导致伪转捩,即未经校准的层流-湍流转捩效应。GEKO模子该模子旨在最终替代通盘其他两边程模子。该模子不错且应该用于通盘工业诈欺。该模子具有活泼性,允许用户证据施行数据调治模子。该模子自动激活可收场适度器(Realizability Limiter)。该模子可激活y+ insensitive wall-treatment。不错对该模子进行调治以师法如范例或SST等现存模子。该模子的默许参数师法SST模子。请阻挠,这并不虞味着SST到GEKO的精准挪动。当模子参数C_SEP = 1,C_NW = 1.0时,GEKO模子复原到模子。GEKO模子在ANSYS Fluent中有一个追随公式,不错算作机器学习的基础。请阻挠,GEKO 模子并莫得王人备公设备表--如果用户思在科学杂志上发表他们的收场,这可能会导致一些问题。该模子有一个空洞的最好膨大指南可供参考。3.3.3. Wallin-Johansson Explicit Algebraic Reynolds Stress Models (WJ-EARSM)如果二次流很紧迫,不错使用WJ-EARSM。但请阻挠,通过激活GEKO(以及在Fluent中通盘其他模子)提供的更浮浅的Corner Flow Correction (CFC),也不错收场肖似的遵守。与BSL (WJ-BSL-EARSM) 说合使用或与GEKO模子说合使用遵守更好。EARSM 模子对流线曲率和系统旋转的忠良度不如王人备 RSM 模子,可能需要添加出奇的曲率修正项。3.3.4. 雷诺应力模子 (RSM)这些模子在复杂诈欺和非最好网格中容易出现数值问题。因此,只保举在其性能优于涡粘模子的诈欺中使用。举例,具有强曲率的流动或系统旋转。不外需要阻挠的是,在涡粘模子中激活曲率更正模子也能达到肖似遵守。如果使用 RSM,提倡将其与 -equation (BSL 或 GEKO)相说合。GEKO-RSM 模子基于stress-omega模子。该模子说合来自 GEKO 模子的 ω 方程来求解雷诺应力方程,而不是原始的 Wilcox 模子。3.3.5. 适度器

涡粘假定将  -方程中的产生项  从速率梯度的线性项篡改为二次项()。这可能在非剪切层议论应变率  的区域(如无粘滞停滞或加快区)引起问题。因此,在使用两边程涡粘模子时必须使用适度器。在驱动 WJ-EARSM 时不需要适度器,因为该模子会自动适度产生量大于耗散量。在第9.2.3节中给出了使用适度器的示例。

对于模子,需要手动激活适度器。对于范例模子,默许情况下莫得激活适度器,使用时应激活Production适度器。对于RKE模子,内置了一个Realizability适度器,但警戒标明,由于其公式的特质,该适度器并不可灵验地分解作用。此外对于该模子,也保举使用Production适度器。请阻挠,在撰写证明/出书物时,应明确指出所激活的适度器,以便正确解说和复现收场。

Fluent和CFX中的通盘基于-方程的模子都自动激活了Production适度器。此外GEKO模子具有适当的Realizability适度器。

当激活层流-湍流转捩模子时,发当今某些情况下,production适度器不及以忽闪在翼型停滞区域中湍流的狭窄积攒。这在王人备湍流样式下通常不易察觉,但可能会稍许影响转捩位置。因此对于这么的流动,模子会出奇激活Kato-Launder适度器,该适度器会影响流动的其他部分,终点是具有漩涡和曲率的流动。如果无法罗致这种影响,不错关闭此适度器。

对于模子,手动激活Production适度器。对于模子,无需采用任何行为。对于转捩模子,除非不需要Kato-Launder适度器,不然无需进行任何出奇操作。

本湍流系列翻译自《Best Practice: RANS Turbulence Modelingin Ansys CFD》,作家F.R. Mentor,发布年份为2022年。

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(完)

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