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湍流建模|04高级涡粘模型-下

1年前浏览721

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。

工业模型现状      
     

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      
     

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。
k-w模型的自由流敏感      
     

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.
 
GEKO模型变形      
     

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。
GEKO模型小结      
     
  • 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。
涡粘模型总结      
     
  • 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。
来源:BB学长
UDF湍流ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-06-24
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BB学长
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