紊流计算理论公式

紊流计算理论公式湍流量的指定方法湍流强度 I定义为相对于平均速度 u_avg的脉动速度 u^'的均方根。小于或等于 1%的湍流强度通常被认为低强度湍流，大于 10% 被认为是高强度湍流。从外界，测量数据的入口边界，你可以很好的估计湍流强度。例如：如果你模拟风洞试验，自由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。在现代低湍流风洞中自由流湍流强度通常低到 0.05%。. 对于内部流动，入口的湍流强度完全依赖于上游流动的历史，如果上游流动没有完全发展或者没有被扰动，你就可以使用低湍流强度。如果流动完全发...

湍流量的指定方法湍流强度 I定义为相对于平均速度 u_avg的脉动速度 u^'的均方根。小于或等于 1%的湍流强度通常被认为低强度湍流，大于 10% 被认为是高强度湍流。从外界，测量数据的入口边界，你可以很好的估计湍流强度。例如：如果你模拟风洞试验，自由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。在现代低湍流风洞中自由流湍流强度通常低到 0.05%。. 对于内部流动，入口的湍流强度完全依赖于上游流动的历史，如果上游流动没有完全发展或者没有被扰动，你就可以使用低湍流强度。如果流动完全发展，湍流强度可能就达到了百分之几。完全发展的管流的核心的湍流强度可以用下面的经验公式计算： ( ) 81Re16.0 −≅′≡ H D avg u u I 例如，在雷诺数为 50000是湍流强度为 4% 湍流尺度 l是和携带湍流能量的大涡的尺度有关的物理量。在完全发展的管流中，l被管道的尺寸所限制，因为大涡不能大于管道的尺寸。L和管的物理尺寸之间的计算关系如下： Ll 07.0= 其中 L为管道的相关尺寸。因子 0.07是基于完全发展湍流流动混合长度的最大值的，对于非圆形截面的管道，你可以用水力学直径取代 L。如果湍流的产生是由于管道中的障碍物等特征，你最好用该特征长度作为湍流长度 L而不是用管道尺寸。注意：公式 Ll 07.0= 并不是适用于所有的情况。它只是在大多数情况下得很好的近似。对于特定流动，选择 L和 l的原则如下：对于完全发展的内部流动，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学直径流场中指定 L=D_H。对于旋转叶片的下游流动，穿孔圆盘等，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学直径流场中指定流动的特征长度为 L 对于壁面限制的流动，入口流动包含了湍流边界层。选择湍流强度和长度尺度方法并使用边界层厚度 d_99d_99d_99d_99来计算湍流长度尺度 llll，在湍流长度尺度流场中输入 l=0.4l=0.4l=0.4l=0.4 d_99d_99d_99d_99这个值湍流粘性比m_t/m直接与湍流雷诺数成比例(Re_t ?k^2/(e n))。 Re_t在高湍流数的边界层，剪切层和完全发展的管流中是较大的 (100到 1000)。然而，在大多数外流的自由流边界层中 m_t/m相当的小。湍流参数的典型设定为 1 < m_t/m <10。要根据湍流粘性比来指定量，你可以选择湍流粘性比（对于 Spalart-Allmaras模型）或者强度和粘性比（对于 k-e模型或者 RSM）。推导湍流量的关系式要获得更方便的湍流量的输运值，如：I, L,或者 m_t/m，你必须求助于经验公式，下面是 FLUENT中常用的几个有用的关系式。要获得修改的湍流粘性，它和湍流强度 I长度尺度 l有如下关系： Iluv avg2 3~ = 在 Spalart-Allmaras模型中，如果你要选择湍流强度和水力学直径来计算 l可以从前面的公式中获得。湍动能 k和湍流强度 I之间的关系为： ( )2 2 3 Iuk avg = 其中 u_avg为平均流动速度除了为 k和 e指定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径，强度和长度尺度或者强度粘性比方法，你都要使用上述公式。如果你知道湍流长度尺度 l你可以使用下面的关系式： l k C 2 3 4 3 µ ε = 其中C µ 是湍流模型中指定的经验常数（近似为 0.09），l的公式在前面已经讨论了。除了为 k和 e制定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径还是强度和长度尺度，你都要使用上述公式。 E的值也可以用下式计算，它与湍流粘性比 m_t/m以及 k有关： 12 − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = µ µ µ ρε µ t k C 其中C µ 是湍流模型中指定的经验常数（近似为 0.09）。除了为 k和 e制定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径还是强度和长度尺度，你都要使用上述公式。如果你是在模拟风洞条件，在风洞中模型被安装在网格和/或金属网格屏下游的测试段，你可以用下面的公式： ∞ ∞∆≈ L kU ε 其中， k∆ 是你希望的在穿过流场之后 k的衰减(比方说 k入口值的 10%), U∞自由流的速度 L∞ 是流域内自由流的流向长度 Equation 9是在高雷诺数各向同性湍流中观察到的幂率衰减的线性近似。它是基于衰减湍流中 k的精确方程 U ?k/?x = - e. 如果你用这种方法估计 e，你也要用方程 7检查结果的湍流粘性比 m_t/m，以保证它不是太大。虽然这不是 FLUENT内部使用的方法，但是你可以用它来推导 e的常数自由流值，然后你可以用湍流指定方法下拉菜单中选择 K和 Epsilon直接指定。在这种情况下，你需要使用方程 3从 I来计算 k。当使用 RSM时，如果你不在雷诺应力指定方法的下拉列表中使用雷诺应力选项，明显的制定入口处的雷诺应力值，它们就会近似的由 k的指定值来决定。湍流假定为各向同性，保证 0= ji uu 以及 kuu 3 2 = αα (下标 a不求和). 如果你在雷诺应力指定方法下拉列表中选择 K或者湍流强度， FLUENT就会使用这种方法。对大涡模拟（LES）指定入口湍流大涡模拟模型一节中所描述的 LES速度入口中指定的的湍流强度值，被用于随机扰动入口处速度场的瞬时速度。它并不指定被模拟的湍流量。正如大涡模拟模型中介绍的边界条件中所描述的，通过叠加每个速度分量的随机扰动来计算流动入口边界处的随机成分.

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