湍流模型的选取与对比
计算湍流运动主要通过三种方法，直接数值模拟（DNS）、大涡模拟（LES）和基于雷诺平均N-S方程组（RANS）模拟。
DNS直接求解全尺度的湍流N-S方程，可以得到湍流的全部信息。但是由于计算机条件的约束，只能求解一些低Re数的简单流动，对于复杂流动问题无法计算。
LES对湍流脉动部分进行直接模拟，从流场中去除小尺度涡，求解大涡方程。虽然LES方法计算成本相对DNS较小，但对于大部分工程问题仍然有很长的路要走。
RANS是将满足动力学方程的瞬时运动分解为平均运动和脉动运动，其中脉动项采用雷诺应力来体现，再根据各自经验、实验等方法对雷诺应力进行假设，从而封闭湍流的平均雷诺方程而求解，RANS相当于NS方程基础上添加了一个额外的粘度项。
RANS
对于该粘度项的处理方式不同，湍流模型分为很多种，ANSYS Fluent包括SA模型（Spalart-Allmaras）、k-ε方程（k-epsilon）、k-ω方程（k-omega）、3方程转捩模型（transition k-kl-omega）、4方程转捩模型（transition SST）、雷诺应力方程（Reynolds Stress）、SAS模型（Scale-Adaptive Simulation）、分离涡模型（Detached Eddy Simulation）、大涡模拟模型（LES），如下图所示。
各个湍流模型考虑的问题不同，所做的假设不同，其各自求解的方程种类、数目也不同。采用不同湍流模型所计算迭代步消耗内存大小如下所图示。
常用的各个湍流方程的应用范围如下表所示：
模型 | 说明 |
Spalart-Allmaras | 常用于航空外流场计算，对几何相对简单的外流场计算非常有效，计算量也较小； 不适合求解流动尺度变换比较大的流动问题，不适用于复杂的工程流体问题。 |
k-ε方程 | 工业流动计算中应用最为广泛的湍流模型，计算量适中，精度相当，包括标准、RNG、Realizable三种模型： 标准k-ε方程忽略分子间粘性，只适用于完全湍流； RNG k-ε方程考虑湍流漩涡、其湍流Prandtl数为解析公式（而非常数）、考虑低雷诺数粘性等，故而对于瞬变流和流线弯曲有更好的表现； Realizable k-ε方程提供旋流修正，对旋转流动、流动分离有很好的表现； |
k-ω方程 | 可预测自由剪切流传播速率，像尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射，因而可以应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。 |
转捩模型 | 用于模拟层流向湍流的转捩过程。 |
雷诺应力方程 | 最符合物理解的RANS模型，考虑到漩涡粘性各项异性，适用于飓风流动、燃烧室高速旋转流、管道中的二次流、旋风分离器内流动等； 占用较多内存，计算时间长，较难收敛。 |
例子：针对某个平板绕流，采用不同湍流模型，效果如下：
