湍流模型

?t??C?其中C??0.09。

k2? (4.1-12)

2 v2?f湍流模型

尽管上述的那些湍流模型对于流场的模拟结果已经相对比较准确了,但是对于低雷诺数

k??湍流模型,需要引入阻力方程来修正固体壁面涡粘系数的不合理的渐进特性。只要这

种阻力效应的目的是表示壁面的动能阻塞,Durbin(1991)提出了使用湍流应力取代湍动能来定义湍流粘度。因此,他介绍了一种新的v?f湍流模型,而这种模型并不需要任何阻力方程,其中v2表示湍流应力,f表示再分配。

目前流行的v?f湍流模型是是由Lien和Kalitzin(2001)提出的,这个模型建立在高雷诺数的k??模型的基础上,并增加了两个额外的方程,即湍流应力方程和再分配方程。

22Dk??Pk?Dt?xj????v?vt???k????k???x?j?? ??(4.2-1)??????x?j?? (4.2-2) ??D?C?1Pk?C?2????DtT?xjDv2???kf?6v2?Dtk?xj????v?vt??????????v?vt???k????v2?????x? (4.2-3) ?j?2L?f?f22?C1?1??v22?????CT?k?3??Pk5v2 (4.2-4) ?kTk涡粘性系数由式vt?C?v2T计算,而湍流时间T和特征长度L由下列两式定义:

????kv?0.6k??????,T?minmax?,6 2?????????6C?vS????? (4.2-5)

3234?????k32?kv?????,C? L?CLmaxmin?,342????????6C?vS????? (4.2-6)?方程中包括应变,这是Durbin(1995)引入的约束条件,以克服停滞点时产生的高应力,湍流时间和特征长度通过Kolgomorov尺度联系到一起。这个模型中的参数如下:C??0.22,

?k?1,???1.3,C?1?1.4?1?0.05??C??70。

????k2?v????,C1?1.4,C2?0.3,CL?0.23,??C?2?1.9,??对二阶矩模型评价如下:

(1)二阶矩模型基于雷诺应力输运方程,它包括雷诺应力发展过程,注入流线曲率、旋转系统等非局部性效应已经包含在雷诺应力的输运方程之中,因此它能较好地预测复杂湍流。

(2)在雷诺应力再分配项的模拟中,快速项?ij仍然采用局部性假设,这对于强非均匀湍流场的预测将产生明显的偏差。

(3)近壁的雷诺应力耗散具有强各向异性,各向同性的耗散格式有待改进。 (4)雷诺应力的梯度耗散模型基本上是合理的,但应当考虑非各向同性的扩散。 目前,RANS湍流模型是目前预测复杂湍流的最主要的工具,即使有朝一日计算机直接数值模拟复杂湍流成为现实,快速而又准确预测湍流特性的模型仍然是工程师们欢迎的方法。毋庸置疑,湍流统计模型需要不断发展和完善。

然而,我们又看到现有的湍流统计模型攒在致命的缺点:没有一个模式能够对所有的湍流运动给出满意的预测结果。一种常用的模式只能对某一类湍流运动给出满意的预测结果。例如,缓变的切边湍流,或近似平衡的湍流,B-L的代数涡粘模型是做够好的。对于非平衡的切边湍流,例如有分离的湍流边界层,非线性k??模型或SA一方程粘性系数模型可优先考虑。对于复杂几何边界的湍流,在计算条件许可的条件下,二阶矩模型可以考虑。

总之,湍流统计模型发展的目标是明确的,即简单易行,适应面广。

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