Turbulens modeller

I øjeblikket er der lavet en lang række forskellige modeller til beregning af turbulente strømninger . De adskiller sig fra hinanden i kompleksiteten af ​​løsningen og nøjagtigheden af ​​beskrivelsen af ​​flowet.

Modellerne er listet nedenfor i stigende kompleksitet. Hovedideen med modellerne er reduceret til antagelsen om eksistensen af ​​en gennemsnitlig strømningshastighed og en gennemsnitlig afvigelse fra den: . Efter at have forenklet Navier-Stokes-ligningerne, ud over ukendte gennemsnitshastigheder, vises produkter af gennemsnitlige afvigelser i dem . Forskellige modeller modellerer dem forskelligt. Nedenstående modeller bruges i forskellige tekniske beregninger afhængigt af den nødvendige nøjagtighed. Næsten alle af dem er implementeret i moderne programmer til beregning af hydrodynamiske flows, såsom Autodesk Simulation CFD , CD-Adapco STAR-CCM+, FlowVision, Fluent , CFX eller OpenFOAM .

  1. Boussinesq model . Navier-Stokes-ligningerne konverteres til en form, hvor påvirkningen af ​​turbulent viskositet tilføjes . Se også Prandtls blandingsvejsteori .
  2. Spalarta-Almaras modellen . I denne model er en yderligere overførselsligning for den turbulente viskositetskoefficient løst
  3. model . Bevægelsesligningerne omdannes til en form, hvor påvirkningen af ​​gennemsnitshastighedsfluktuationer (i form af turbulent kinetisk energi) og processen med at reducere denne udsving på grund af viskositet (dissipation) tilføjes. I denne model løses 2 yderligere ligninger for transport af turbulens kinetiske energi og transport af turbulensdissipation. Den mest almindeligt anvendte model til at løse reelle tekniske problemer. Se også vandfaldsmodeller .
  4. model . I lighed med den foregående løses i stedet for dissipationsligningen ligningen for dissipationshastigheden af ​​turbulent energi. Kræver mindre gitterstørrelser, resultatet af løsningen afhænger stærkt af den indledende tilnærmelse, fordi den er dårligt stabil.
  5. Reynolds stressmodel . Inden for rammerne af de Reynolds-gennemsnitlige ligninger ( RANS ) løses 7 yderligere ligninger til transport af Reynolds spændinger .
  6. Metode til store hvirvler (LES, simulering af store hvirvler). Den indtager en mellemposition mellem modeller, der bruger de gennemsnitlige Reynolds- og DNS-ligninger. Løst til store formationer i væske. Påvirkningen af ​​hvirvler er mindre end størrelsen af ​​cellen i beregningsgitteret og erstattes af empiriske modeller.
  7. Direkte numerisk simulering (DNS, direkte numerisk simulering). Der er ingen yderligere ligninger. De ikke-stationære Navier-Stokes-ligninger løses med et meget fint tidstrin på et fint rumligt gitter. Faktisk er det ikke en model. På grund af den store mængde information opnået fra numeriske simuleringer er de gennemsnitlige flowværdier opnået ved løsning af det problem, som andre modeller kan sammenlignes med, værdifulde.

Alle modeller har fordele og ulemper. De anvendelsesområder, som modelkonstanterne er opnået ved at sammenligne resultaterne af beregninger med forsøg, er begrænsede. For eksempel passer modellen ikke godt til hvirvelområder.

Links