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如何选择适合的湍流模型?

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:一般来说,在大应变区域,RNG、NKE、GIR和SZL湍流模型明显会得出更合理可靠的结果。对于有强烈加速或减速流动的区域、有显著分离或在循环的区域的分析,以上湍流模型的可靠性和合理性更为明显。k-ω方程湍流模型的优势在于壁附近的分析,在壁附近可以准确地预测在逆压力方向的湍流长度。标准k-ε方程湍流模型是默认的湍流模型。一般来说,使用零方程湍流模型时,湍流比可以设置为2.0。NKE湍流模型推荐用于旋转流动分析。

如何选择适合的湍流模型?

FLOTRAN分析提供了如下几种湍流模型:

1)标准k-ε方程湍流模型(默认);

2)零方程湍流模型(ZeroEq);

3)Re-Normalized Group湍流模型(RNG);

4)Shihk-ε方程模型(NKE);

5)Girimaji非线性模型(GIR);

6)Shih、Zhu、Lumley模型(SZL);

7)k-ω方程湍流模型;

8)切应力输运模型(SST)。

可以利用以下方法激活湍流模型:

命令:FLDATA1,SOLU,TURB,T

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Solution Options

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Solution Options

可以利用以下方法选择以上模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODL,Value

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

通常情况下,标准k-ε方程湍流模型是首选模型。这种模型可以给出流动的模拟图像,非常适合管道和水渠中的湍流分析。然而,这种模型分析的波动值超出了预测值。例如,收敛喷嘴的流动承受很大的应变,标准k-ε方程湍流模型分析的波动值超出了预测值,由此引起动能超出了预测值。在某些情况下有效粘度可以防止冲击波的产生。

一般来说,在大应变区域,RNG、NKE、GIR和SZL湍流模型明显会得出更合理可靠的结果。对于有强烈加速或减速流动的区域、有显著分离或在循环的区域的分析,以上湍流模型的可靠性和合理性更为明显。

k-ω方程湍流模型的优势在于壁附近的分析,在壁附近可以准确地预测在逆压力方向的湍流长度。k-ω方程湍流模型的自由流动湍流水平要比k-ε湍流模型更加敏感。SST湍流模型在靠近壁的区域结合使用k-ω方程湍流模型,在远离壁的区域结合使用k-ε湍流模型,可以克服两种模型的缺陷。

(1)标准k-ε方程湍流模型 零方程湍流模型和k-ω方程湍流模型是最简单的模型。其他模型是对标准k-ε方程湍流模型和k-ω方程湍流模型的扩展。标准k-ε方程湍流模型是默认的湍流模型。

可以利用以下方法选择标准k-ε方程湍流模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODL,1

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Cµ、C1、C2、SCTK和SCTD是标准k方程湍流模型的常数,可以利用以下方法设置标准k-ε方程湍流模型各个常数的值:

命令:FLDATA24,TURB,Label,Value

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

KAPP、EWLL、WALL、VAND和TRAN五个参数可以控制靠近壁的湍流模型,这些

参数适用于除零方程模型以外的所有模型。可以利用以下方法设置以上五个参数:

命令:FLDATA24,TURB,Label,Value

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Wall Parameters

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Wall Parameters

BUC3、BUC4和BETA三个参数控制着浮力模拟。这三个参数适用于除零方程模型以外的所有模型。可以利用以下方法设置以上5个参数:(www.xing528.com)

命令:FLDATA24,TURB,Label,Value

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Buoyancy Terms

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Buoyancy Terms

(2)零方程湍流模型(ZeroEq) 这是最简单的湍流模型,适用于相当简单的几何形状和流动特性的问题。如果有明显的分离和在循环,这个模型就不能给出准确的结果。

可以利用以下方法选择零方程湍流模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODI,2

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

零方程湍流模型中的长度比例可以自动计算,也可以人为设置。一般来说,使用零方程湍流模型时,湍流比可以设置为2.0。

(3)Re-NormalizedGroup湍流模型(RNG) 当几何模型有很大的曲率时,RNG湍流模型才是有效的,可以利用以下方法选择RNG湍流模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODL,3

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

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(4)Shihk-ε方程模型(NKE) NKE湍流模型的变量Cμ有助于降低标准k-ε方程湍流模型中额外应变项,与标准k-ε方程湍流模型相比,它采用了不同的源项功耗。NKE湍流模型推荐用于旋转流动分析。可以利用以下方法选择NKE湍流模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODL,4

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

(5)Girimaji非线性模型(GIR) 用于流动中次要涡旋分析,GIR湍流模型推荐用于旋转流动分析。可以利用以下方法选择GIR湍流模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODL,5

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

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(6)Shih、Zhu、Lumley模型(SZL) SZL比NKE和GIR湍流模型简单,它分析最低水平的湍流流动。SZL湍流模型的分析结果是准确的,但是某些情况下的低有效粘度会不利于分析的稳定。一般来说,如果SZL湍流模型不能得到满意的结果,则可以用RNG湍流模型。

如果流动中存在大应变的条件,可以在试用RNG,、NKE和GIR湍流模型之后试用SZL湍流模型。如果SZL湍流模型得到明显不同的结果,则要重新划分湍流区域的网格。可以利用以下方法选择GIR湍流模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODL,6

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

(7)k-ω方程湍流模型 它是最简单的湍流模型之一,与标准k-ε方程湍流模型相比,它提供了更好的湍流边界层的模拟,但是对于自由流动湍流更为敏感。可以利用以下方法选择k-ω方程湍流模型:

命令:FLDATA24,TURB,MODL,7

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

(8)切应力输运模型(SST) 集结了标准k-ε方程湍流模型和k-ω方程湍流模型的优点,它能根据与壁的距离不同自动切换到k-ω方程湍流模型和标准k-ε方程湍流模型。可以利用以下方法选择SST模型:

命令:FLDA24,TURB,MODL,8

菜单:Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Turbulence→Turbulence Model

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