Come selezionare un modello di turbolenza appropriato?

Il flusso turbolento coinvolge fluttuazioni di scala estremamente piccola che sono solitamente troppo piccole per essere risolte usando direttamente le equazioni di Navier-Stokes. Per superare questo, modelliamo ogni variabile transitoria $ \ Phi $ (ad esempio velocità, pressione, ecc.) Come somma di una quantità media di tempo $ \ bar {\ Phi} $ e qualche piccola fluttuazione. Introducendo entrambe queste nuove variabili nelle equazioni di stordimento navier, otteniamo più incognite che equazioni. Per ottenere una soluzione unica, è necessario introdurre un modello di turbolenza costituito da almeno un'equazione aggiuntiva.

Esistono diversi modelli di turbolenza sviluppati dall'Ipotesi di Boussinesq, che dice approssimativamente che gli sforzi di Reynolds sono proporzionali alla velocità media di deformazione per mezzo della cosiddetta "viscosità turbolenta". I diversi modelli di turbolenza variano in base al modo in cui stimano il viscosità turbolenta . I modelli di questo tipo includono, ma non sono limitati a:

1. $ k- \ epsilon $ modelli
2. $ k- \ omega $ modelli
3. Modelli di lunghezza di miscelazione
4. Modelli Spalart-Allmaras
5. Modelli di stress di Reynolds

Con una così ampia selezione di modelli di turbolenza, può essere difficile valutare quale modello è appropriato per ogni situazione di modellazione. Capisco che con infiniti potenziali bisogni di simulazione, non esiste una risposta valida per tutti. Ma ci sono delle linee guida generali su come selezionare un modello di turbolenza appropriato? Quali fattori dovrei prendere in considerazione quando si seleziona un modello? Quali tipi di problemi sono noti per essere efficaci per i modelli sopra elencati?

Mentre sono principalmente interessato ai modelli di turbolenza mediati nel tempo, accolgo anche le risposte per i modelli mediamente spaziali (ad esempio i modelli di grande Eddy Simulation).

Disclaimer: come da lei richiesto linee guida generali Eccoli. Dopo aver trovato una soluzione convergente, è necessario studiarla a fondo e cercare indizi che la scelta del modello di turbolenza alterasse il flusso in modo non fisico.

La mia regola per i modelli di turbolenza

1. Più equazioni di trasporto aggiuntive risolverai:

   • più possibilità esistono di fare errori (ad esempio ipotesi errate)
   • migliori sono le capacità della simulazione di catturare la fisica coinvolta

Generalmente miscelazione della lunghezza i modelli hanno UN'equazione di trasporto aggiuntiva, k-ε e k-ω hanno i modelli DUE e Reynolds Stress SEVEN.
Il modello Spalart-Allmaras è un modello altamente sintonizzato e ha solo un'equazione di trasporto aggiuntiva. Era sintonizzato per i regimi di volo (numero di Reynolds e Mach) di aeroplani. L'applicazione in altri campi potrebbe causare errori più grandi.

2. k-ε modelli
   

Il modello k-ε è comunemente ottimizzato per il flusso esterno (attorno ai corpi)

3. modelli k-ω
   

Il modello k-ω è comunemente ottimizzato per flussi interni (all'interno di tubi, vicino alle pareti)

4. Modelli di lunghezza di miscelazione
   

Sono molto semplici e produrranno solo risultati significativi quando la modellistica della turbolenza non è stata necessaria in primo luogo.

5. Modelli Spalart-Allmaras
   

Sono molto robusti, veloci e ampiamente testati. Sono richiesti test aggiuntivi quando non sono applicati nella loro portata effettiva (flusso attorno agli aeroplani)

6. Modelli di stress di Reynolds
   

I modelli all'avanguardia necessitano di molta potenza computazionale e non sono altrettanto robusti.