常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用

年第期球冻毅农常用湍流模型及其在李文华软件中的应用苏明军辽宁工程技术大学机械工程学院阜新摘要由于流体湍流运动机理和规律的复杂性一目前尚未找到对各种流动情况都十分有效的模型本文通过对湍流模型和湍流模型的分析重点阐述了这两种湍流模型在计算流体力学软件中的应用无一在中分别选用这两种不同的模型对有壁面边界的空气流动进行计算结果显示一模型比模型更易收敛这为分析风力机翼型气动特性提供了一个较好的湍流模型用一模型和软件近年在水泵学术研究文章中常见应本文意在简介此模型和软件的功能和来历其数学分析部分为省篇幅而删节—编者关键词湍流运动湍流模型数值模拟软件题尤其对于在边界层中具有逆向压力梯度的问引言题计算结果证明非常有效通过对自由剪切流高雷诺数时的近壁区流湍流是空间中不规则和时间上无秩序的一种非动有限雷诺数的近壁区流动包含层流区和转挟线性的流体运动这种运动表现出非常复杂的流动状态的流动等四种状态的分析和模型化以下数学公式部分删节一最终得到〔,编者湍流运动是工程技术领域中最常见的流动现象广泛存在于航空航天等领域能源化工环境生物模型不同于其他一些单方程模型方程经过简化得到的—不是自从分形年重整化群法发现湍流现象以来湍流大涡模拟从一而是从经验和量纲许多研究人员从不同角度对它的机理进行了研究分析出发由针对简单流动再逐渐补充发展而适用诸如混沌直于带有层流流动的固壁湍流流动的单方程模型该接数值模拟等这些湍流机理有的虽然概念和机’〕〔模型相对于两方程模型计算量小又有较高的精度稳定性好同时理清晰但由于所解的偏微分方程过于庞大复杂所以距离解决工程实际问题为期尚远种湍流模型另外模型是当地型的方程中这类非当地型的项在因此工没有诸如,,程上目前对湍流流动的计算最常用的方法仍然是各所谓湍流模型就是依据湍流的理论知于二拓一于拜内所以在有多个物理面的复杂流场中不需要特殊处理识实验数据对而使湍流的平均阐述一应力做出各种假设方程封闭图一从。使用方便本文将重点一一二湍流模型和湍一模型和流模型及其应用模型是由于年提出的两方程湍流模型一是从实验现象中模型和总结出来的一个半经验公式一该模型的最初发展是为了改善混合长度模型和避免复杂流动中的湍流长一模型是由于度尺寸的代数表示程它主要是通过求解两个附加方年提出的是一种相对简单的通过求解输运方程而得到湍流粘度的单方程模型天领域方程和方程其中无方程是表示湍流脉动它主要应用于航空航动能方程方程是湍流耗散方程专门处理具有壁面边界条件的空气流动问此模型应给出的经验关系式针对边界层为闭小冻救欢以下数学公式部分删节无一二年第和期模型对于较小压力梯度下的自由剪切流对于壁面流动在零或者小—编者以它比湍流模型需要更费机时软件中在后一模型自从被提出以具有较好的计算结果平均压力梯度下就变成了工程流场计算中的主要工具它适用模型计算结果和实验结果符合的其结果就不太正范围广经济有合理的精度但由于一二模型要较为一致但是对大的逆压梯度确求解额外的方程计算机资源模型是下面利用所以要比一模型耗费更多的一另外在壁面附近该模型需要壁面衰减函数一所以如果单从计算的角度分析中最经济的湍流模型和较好的网格分布约束流现较差同时模型在计算一些无大应变流旋转流和非圆截面管等场合表示一、软件对空气有攻角绕流三角三角翼的几何尺寸如图,一翼的问题进行求解一￡所湍其中空气的马赫数为在求解中分别选用来流攻角为湍流模型和湍流模型在一软件中的应用软件简介公司是全球最大的计算流体力学一流模型其各自的计算残差曲线如图所示其缩写为软件供在全球众软件独应商和技术服务商公司总部设在美国多的占粉图印软件开发研究厂商中以上的市场份额具有绝对的市场优势闪软件进人中国以来自年经过短短几年的发展现已成为各大科研机构和公司进———一俐卜丫。‘行计算流体力学方面研究的首选软件面强大的网格支持能力软件的主要特征表现为以下几个方独一无二的动网格博采众长的物理模型强有力的图形后处理航空航汉嘟决一技术功能天金先进的数值解法高效率的并行计算功能味软件应用的主要领域包括汽车设计船舶生物医药化学处理石油天然气发电系统电子半导体涡轮机械材料冶图一湍流模型残差曲线图核能等中的一一￡湍流模型一—、八旧、旧旧二月软件提供的湍流模型包括型模一二一模型及雷诺应力模型和大涡模拟等闭其模型主要用于求解航空航天领域中的壁面束缚流动由于模型方程本身的特点它在壁面附中近不需要非常精细的网格只需要与代数模型相当郧缨缨哪、甲、汽的网格即可同时因一模型不象零方程模型那闪与样需要分为内层模型外层模型或壁面模型尾迹石器模型故不需要沿法向网格线寻找最大值因此易于用到非结构网格中但一模型在每个时间步图一湍流模型残差曲线图下转第页长内都需要对整个流场求解一组偏微分方程所年第将表期所在电子表名幻“””斗冻裁欢名粗区域设定为数“据源点击插人“工具下拉框中的图表“”…在图表向导界面中点击图表类型栏下散点图点图””“子图表类型”选择无数据平滑线散日“再按计算机提示的步骤点击相应功能即可绘制出该模型通用性能曲线如图翔减结语众水泵性能曲线复原新方法有效地解决了人工读数效率低精度差等问题对于局部曲率半径小和数据含量大的曲线更有直接解读无法比拟的优越性本文介绍的借用图张跃峰水泵性能曲线复原人门与提高及软件陈通编著〕北京清华可方便快速地复原出水泵通用性能曲线笔者认为大学出版社王文海借用与软件实现水泵性能冀四梅水泵性能曲线的数字化处理方法【〕北京建曲线复原简单易行方便了水泵的研究制造和选型设计极大地提高了工作效率该方法不仅用于对水泵性能曲线的数字化复原和曲线拟合筑工程学院学报一杨大地谈骏渝编著社实用数值分析〔〕重庆重庆大学出版对所有试验曲线的复原和拟合也都适用具有很强的实用性参考文献益嘉创作室中文版自学教程〔〕北京清华大学出版社本文编辑王振华上接第一页湍流模型计算“次达到收敛收敛准则为李福田倪浩清学报而一湍流模型计算次才达到收敛一参考文献工程湍流模式的研究开发及其应用〔〕水利一收敛准则为从计算的结果可以看出在计算模型比一二具有壁面边界的空气流动时流模型具有易收敛湍收敛快计算方便的特点倪浩清工程湍流模式理论综述及展望〔力学进展结通过上面用一论的计算结果可知对于分析朱自强社应用计算流体力学【〕北京北京航空航天大学出版一罗惕乾流体力学〔〕北京机械工业出版社计算有壁面边界约束的空气流动问题时要优先选模型目前湍流模型理论虽在理论严谨性翟建华计算流体力学的通用软件〕河北科技大学学报方面不断提高也能处理一些复杂的流动问题但由于湍流本身的复杂性一现阶段还没有找到对各类韩占忠王敬兰小平〕北京北京理工大学出版社陶文锉一流体工程仿真计算实例与应用问题预测性都很好的模型而从工程应用的角度去一一看对湍流模型的要求是在满足一定预测精度的前提下使用方便计算简捷川数值传热学〔〕西安西安交通大学出版社因此今后对工程湍流问题的研究的主要任务就是找出不同湍流模型的适用范围使之能够满足不同的工程计算要求本文编辑王振华