究竟什么是雷诺数？湍流模型,Fluent培训、Fluent流体培训、Fluent软件培训、fluent技术教程、fluent在线视频教程、fluent资料下载、fluent分析理论、fluent化学反应、fluent软件下载、UDF编程代做

2017-01-10  by:CAE仿真在线  来源:互联网

Reynolds number:一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。Re=ρvd/μ,其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数,d为一特征长度。例如流体流过圆形管道,则d为管道的当量直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流,也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。

Re=ρvL/μ,ρ、μ为流体密度和动力粘性系数,v、L为流场的特征速度和特征长度。雷诺数物理上表示惯性力和粘性力量级的比。对外流问题,v、L一般取远前方来流速度和物体主要尺寸(如机翼弦长或圆球直径);内流问题则取通道内平均流速和通道直径。两个几何相似流场的雷诺数相等,则对应微团的惯性力与粘性力之比相等。

雷诺数较小时,粘滞力对流场的影响大于惯性,流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性对流场的影响大于粘滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的紊流流场。

雷诺数越小意味着粘性力影响越显著,越大意味着惯性影响越显著。

雷诺数很大的流动,例如飞机近地面飞行时相对于飞机的气流,其特点是流体粘性对物体绕流的影晌只在物体边界层和物体后面的尾流内才是重要的。在惯性力和粘性力起重要作用的流动中,欲使二几何相似的流动(几何相似比n=Lp/Lm,下标p代表实物,m代表模型)满足动力相似条件,必须保证模型和实物的雷诺数相等。例如,在同一种流体(即ρ相等)中进行模拟实验,则动力相似条件为vm=nvp,即模型缩小n倍,速度就要增大n倍。

粘性流体的求解不仅和边界条件有关,而且也和雷诺数有关。若雷诺数很小,则粘性力是主要因素,压力项主要和粘性力项平衡;若雷诺数很大,粘性力项成为次要因素,压力项主要和惯性力项平衡。因此,在不同的雷诺数范围内,流体流动不同,物体所受阻力也不同。当雷诺数低时,阻力正比于速度、粘度和特征长度;而雷诺数高时,阻力大体上正比于速度平方、密度和特征长度平方。

雷诺数也是判别流动特性的依据,例如在管流中,ReRe>4000时的是湍tuān流。

典型雷诺数:

普通航空飞机:5 000 000

小型无人机:400 000

海鸥:100 000

滑翔蝴蝶:7000

圆形光滑管道:2500

橡胶管道:1600~2100

精子:0.0001

大脑中的血液流 :100

主动脉中的血流 1000

湍流模型

常用的湍流模型可根据所采用的微分方程数进行分类为:零方程模型、一方程模型、两方程模型、四方程模型、七方程模型等。对于简单流动而言,一般随着方程数的增多,精度也越高,计算量也越大、收敛性也越差。但是,对于复杂的湍流运动,则不一定。.

三种方法:

1、平均N-S方程的求解。

2、大涡模拟(LES)。

3、直接数值模拟(DNS)。

但是由于叶轮机械内部结构的复杂性以及计算机运算速度较慢,大涡模拟和直接数值模拟还很少用于叶轮机械内部湍流场的计算,更多的是通过求解平均N-S方程来进行数值模拟。因为平均N-S方程的不封闭性,人们引入了湍流模型来封闭方程组,所以模拟结果的好坏很大程度上取决于湍流模型的准确度。但是,对于复杂的工业流动,比如航空发动机中的压气机动静叶相互干扰问题,大曲率绕流,激波与边界层相互干扰,流动分离,高速旋转以及其他一些原因,常常会改变湍流的结构,使那些能够预测简单流动的湍流模型失效,所以完善现有湍流模型和寻找新的湍流模型在实际工作中显得尤为重要。

常见模型:

零方程模型:C-S模型,由Cebeci-Smith给出;B-L模型,由Baldwin-Lomax给出。

一方程模型:来源由两种,一种从经验和量纲分析出发,针对简单流动逐步发展起来,如Spalart-Allmaras(S-A)模型;另一种由二方程模型简化而来,如Baldwin-Barth(B-B)模型。

二方程模型:应用比较广泛的两方程模型有Jones与Launder提出的标准k-e模型,以及k-omega模型。

另外还有雷诺应力模型。

选择原则:

湍流模型选取的准则:流体是否可压、建立特殊的可行的问题、精度的要求、计算机的能力、时间的限制。为了选择最好的模型,你需要了解不同条件的适用范围和限制。

FLUENT软件中提供以下湍流模型:1Spalart-Allmaras 模型;2k-ε模型;3k-ω模型;4 雷诺应力模型(RSM);5 大涡模拟模型(LES)。

The Spalart–Allmaras model is a one-equation model that solves a modelled transport equation for the kinematic eddy turbulent viscosity紊流\湍流粘度. The Spalart-Allmaras model was designed specifically for aerospace applications involving wall-bounded flows and has been shown to give good results for boundary layers subjected to adverse pressure gradients. It is also gaining popularity in turbomachinery applications.

In its original form, the Spalart-Allmaras model is effectively a low-Reynolds number model, requiring the viscosity-affected region of the boundary layer to be properly resolved ( y+ ~1 meshes). In ANSYS FLUENT, the Spalart-Allmaras model has been extended with a y+ -insensitive wall treatment (Enhanced Wall Treatment), which allows the application of the model independent of the near wall y+ resolution.

The formulation blends automatically from a viscous sublayer formulation to a logarithmic formulation based on y+. On intermediate grids, (1< y+