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不可压缩湍流模型的 divDevReff 函数

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3.0 版本之前,OpenFOAM 的单相流求解器如 pisoFoam 的动量方程中调用的是湍流模型的 divDevReff 函数来考虑雷诺应力项的作用。只是,细究起来,这个函数似乎有点小问题,本篇来探讨一下这些小问题。   
 

OpenFOAM 中单相不可压缩求解器中,雷诺应力项调用的是湍流模型中的 divDevReff 函数。这个函数的返回值为:


这里有两个疑问:  
  • 1. 为什么是 1/3 而不是 2/3,对应到代码,即为什么用 dev 函数而不是 dev2 函数?

  • 2. 根据涡粘度的 Boussinesq approximation,雷诺应力项:

中应该还包含湍动能 ,而 OpenFOAM 中的 divDefReff 函数是没有       这一项的。

针对这个话题,cfd-online 上的一篇帖子有深入讨论:

https://www.cfd-online.com/Forums/openfoam-solving/58214-calculating-divdevreff-2.html

对于第一个问题,与Tobias Holzmann 持同样观点,即 1/3 或 2/3不重要,因为对于不可压缩流动,连续方程为:  

所以,收敛以后, 这一项等于0。

但是在开始阶段,或者说还没有达到满足连续性的流场之前,这一项不为零。这里加上这一项是出于数值稳定性以及收敛速度的考虑,这一项不对收敛后的结果几乎没有影响。 所以1/3 或 2/3不是很重要。

但是,可压缩湍流模型里必须是 2/3,因为这个 是从 N-S 方程中严格推导而来的,而且,在可压缩的情形下,即使收敛以后,也有  

在 OpenFOAM=3.0 以后的版本里,不可压和可压缩湍流模型纳入到一个框架下了,两种情形下,都是用 2/3      这个系数。

对于第二个问题,目前有两种观点:  
  • 一种认为 的值相对很小,可以直接忽略不计。

  • 另一种观点认为,         被放到了压力项里,即,动量方程中的压力是雷诺时均压力与雷诺应力的各向同性分量(即2/3k)之和:

这种观点可以在 Pope 2000 书第 88 页找到依据。在 “ The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics: An Advanced Introduction with OpenFOAM® and Matlab®” 这本书的第 699 页,也提到 k 是被放到压力项里去了,目的在于使动量方程中只含有 v这一个跟湍流有关的未知量。  

不过,Tobias Holzmann 最后仍持前一种观点,即 k 项被忽略了。理由是OpenFOAM 中似乎找不到关于修改的压力场的代码,而且 OpenFOAM 那边也没见有人讨论说 OpenFOAM 中使用的是修改的压力场。

第二个问题目前还没有确切的结论,也尚不清楚这样处理对结果有多大影响,对于这个问题欢迎大家留言交流。  

 
来源:多相流在线
OpenFOAM碰撞多相流湍流核能电力电子材料控制
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:2023-06-23
最近编辑:1年前
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