湍流建模|04高级涡粘模型-下

导读：高级涡粘模型-下。介绍广义的k-    模型。

双方程模型是工业计算流体力学研究的主力，通常有5个系数，可以校准以匹配物理现象。

它们被校准为：

• 平板边界层（对数层）；
• 选定的自由剪切流（平面混合层、平面射流）；
• 自由流中衰减的湍流。

用户无法改变这些模型，如果改变了模型，就改变了模型的基本校准值。

优点：

• 允许覆盖不同的流场景（针对不同类型的流动的不同模型）
• 用户有优先的模型——通常是出于历史原因
• 出于市场营销的原因(CFD公司喜欢有自己的造型“风格”)

不足：

• 模型的选择会让用户出现混淆，并且所选模型经常不是最佳模型；
• 很难比较不同的CFD代码；
• 对于多个模型，很难实现实施质量/一致性：存在与大量子模型的相互作用(y+不敏感的壁处理，粗糙的壁，浮力，过渡，EARSM/RSM，DES/SBES，数值…)

是否应确立双方程湍流模型，用一个模型替换其他湍流模型，这个模型需要更加的灵活！

GEKO模型的起点是包括交叉扩散项的k-    模型：

函数F1、F2和F3包含6个自由系数：

•      ：改变流动分离行为；
•      ：改变自由剪切流的扩散速率；
•      ：改变近壁行为；
•      ：优化自由射流；
•      ：影响角流；
•      ：曲率修正。

对平板边界流层计算模型的分离系数    、近壁系数$C_{NW}做了很大改变，壁面剪切力的分布基本保持相同。

• 意味这些系数都是自由系数，不会破坏基本模型的校正。改变中间流场系数：在计算平板流时，前40%结果      =1，后60%结果      =1：    在分布图中只能观察到小小突起，但对整体分布并不会带来影响。

同样是平板流动，当交叉扩散项CD太小（或为零）的情况下，k-    模型对剪切层外的    值高度敏感。如果改变    的自由流指值，无量纲湍流粘度会发生巨大变化：但在GEKO模型中，同样的操作，并不会对结果造成明显的影响。

分离系数

机翼外层流动会存在分离运动：

如果将分离系数    由1变到2.5，可以通过GEKO模型求得新解。

使用1.75的参数值可以得到与k-e模型十分类似的结果，使用2.0参数可以使结果与实验值匹配度更高。这也说明了GEKO模型具有多样性

近壁系数

这是近壁面系数    对热传递的影响。

系数    对模型离壁的影响主要在非平衡条件下：

•      对壁面剪应力(Cf)有很强的影响，对近壁传热(St)的影响更大；
•      =0.5似乎对Cf和St预测效果最优；
• 在大多数情况下，可以直接使用默认值。    

混合系数

混合系数    对混合层的自由剪切流的影响：

•      和      对混合层均有影响；
•      =      （      ）（默认值）存在相关性，因此对于每个CSEP都能实现正确的混合.

在扩压器的流动中：GEKO模型可以模仿其他模型

• GEKO-1.00（其他默认，      =1.0）
• GEKO-1.75（其他默认，      =1.75）
• GEKO-1.00-类似于k-ε模型
• GEKO-1.75-类似于SST模型

• GEKO-1.00和k-ε模型不能预测分离；
• GEKO-1.75和SST模型重现了实验数据。

• 建立了一种新的广义k-w(GEKO)模型
• 它允许在广泛的应用中优化自由系数
• 用户现在可以根据自己的需求调整一个模型，而不是在不同的模型之间切换；
• 很好的方式将双方程模型整合为一种形式；
• 6个自由系数可用；
• 强大默认值，不需要重新校准模型；
• 系数可以通过GUI在全局内更改，也可以通过UDF在局部更改。

• 基于ε-和ω-的2-方程模型都适用于ANSYS CFD中：
• w-方程是最合适的建模框架；
• 基于ε的2方程模型将保持，但不会进一步发展；
• SST模型是大多数工业应用的最佳模型；
• 介绍了各种2-方程模型的改进：
• 浮力生成项；
• 曲率修正项
• 停滞校正
• GEKO是新一代的广义模型，允许在广泛的应用中优化自由系数。