Model turbulencji może znacząco wpłynąć na twoją symulację . Wokół jest wiele modeli turbulencji. Trudno jest wybrać jedną z nich.
Nie ma idealnego modelu turbulencji. Wszystko zależy od kilku parametrów, takich jak liczba Reynoldsa, od tego, czy przepływ jest oddzielony, gradientów ciśnienia, grubości warstwy granicznej i tak dalej. W tej odpowiedzi podano krótką informację o kilku popularnych modelach, plusy i minusy oraz potencjalne zastosowania. Jednak zainteresowani użytkownicy mogą zobaczyć tę doskonałą stronę internetową NASA i odnośniki, aby dowiedzieć się więcej o modelowaniu turbulencji.
A) JEDEN MODEL RÓWNOŚCI:
1. Spalart-Allmaras
Ten model rozwiązuje jedną dodatkową zmienną dla lepkości Spalart-Allmaras. Zgodnie z dokumentem NASA istnieje wiele modyfikacji tego modelu przeznaczonych do określonych celów.
Plusy : mniej intensywna pamięć, bardzo solidna, szybka konwergencja
Wady : Nie nadaje się do oddzielnego przepływu, swobodnych warstw ścinających, rozkładających się turbulencji, złożonych przepływów wewnętrznych
Zastosowania : Obliczenia w warstwach przyściennych, całe pole przepływu w przypadku łagodnego lub bez separacji, zastosowania w lotnictwie i przemyśle samochodowym, do wstępnych obliczeń przed przejściem do wyższego modelu, obliczenia przepływu ściśliwego
Możliwość zastosowania w twoim przypadku : dobry kandydat do skrócenia czasu symulacji. Za pomocą tego modelu można dość dobrze przewidzieć opór. Jeśli jednak interesuje Cię znajomość regionu rozdziału przepływu, ten model nie da bardzo dokładnych wyników.
________________________________________________________________________________
B) MODELE DWÓCH RÓWNIKÓW:
- ϵk - model turbulencji :ϵ
Model ogólnego zastosowania . Ten model rozwiązuje problem energii kinetycznej ( ) i rozpraszania turbulencji ( ). Równania dla tych modeli można znaleźć na tej stronie cfd-online. Ten model wymaga obliczenia funkcji ściany dla implementacji. Nadaje się tylko do przepływów w pełni turbulentnych.ϵkϵ
Zalety : prosty do wdrożenia, szybka konwergencja, przewiduje przepływy w wielu praktycznych przypadkach, dobry dla zewnętrznej aerodynamiki
Wady : Nie nadaje się do osiowo-symetrycznych strumieni, przepływów wirowych i silnej separacji. Bardzo niska czułość na niekorzystne gradienty ciśnienia, trudna do uruchomienia (wymaga inicjalizacji za pomocą Spalart-Allmaras), nie nadaje się do aplikacji przy ścianie
Zastosowania : Odpowiednie do początkowych iteracji, dobre dla zewnętrznych przepływów wokół złożonych geometrii, dobre dla warstw ścinających i swobodnych przepływów niezwiązanych ze ścianą
Możliwość zastosowania w twoim przypadku : Chociaż ten model jest dobry do obliczania zewnętrznego ciała blefu, jest odpowiedni tylko dla przepływów turbulentnych. Ponieważ prędkości są niskie, przepływ będzie doświadczał przejścia od laminarnego do turbulentnego (maks. za pomocą tego kalkulatora ). Możesz lepiej skorzystać z takiego wariantu, jak wykonalny model - . K εRe=1.98∗106kϵ
2. model turbulencji -ωkω :
Rozwiązuje dla i częstotliwości turbulencji . Daje lepsze wyniki dla przepływów w pobliżu ściany. Przewiduje przejście (choć czasem wcześnie). Dość wrażliwe na początkowe domysły, a zatem kilka początkowych iteracji wykonuje się za pomocą modelu - . W tym artykule opisano obróbkę przyścienną dla tego modelu. ω k ϵkωkϵ
Zalety : Doskonały do warstw przyściennych, pracuje w niekorzystnym gradiencie ciśnienia, działa dla silnie oddzielonych przepływów, strumieni i warstw swobodnego ścinania
Minusy : czas potrzebny na zbieżność jest dłuższy, wymaga dużej ilości pamięci, wymaga rozdzielczości siatki blisko ściany, przewiduje wczesne i nadmierne oddzielenie
Zastosowania : przepływy wewnętrzne, przepływy rur, przepływy strumieniowe, wiry
Możliwość zastosowania w twoim przypadku : Nie do końca nadaje się do twojego przypadku, ponieważ wartości warstwy granicznej zależą silnie od swobodnego strumienia . Wymaga to bardzo dokładnej siatki do rozwiązania, a zatem długiego czasu obliczeń. Nie uwzględnia również transportu turbulentnego naprężenia ścinającego.ω
3. - SSTωkω
Najlepsze z obu światów! Ten model ma funkcję mieszania, która używa - przy ścianie i - w wolnym strumieniu. Nie używa funkcji ściany.
Wszystkie warianty tego modelu można znaleźć na tej stronie NASA .ω k ϵkωkϵ
Zalety : Uwzględnia turbulentne naprężenie styczne, zapewniając jednocześnie wszystkie zalety modelu - , Bardzo dokładne przewidywanie separacji i przejścia, Bardzo dobre wyniki swobodnego strumienia oraz warstwy granicznejωkω
Wady : Nie nadaje się do swobodnego przepływu ścinającego i wirowego tak samo, jak standardowy - , Nie nadaje się do przepływów strumieniowych, Wymaga dokładnej rozdzielczości oczek w pobliżu ścianωkω
Zastosowania : aerodynamika zewnętrzna, oddzielone przepływy, warstwy przyścienne i gradienty niekorzystnego ciśnienia
Możliwości zastosowania w twoim przypadku : Wysokie zastosowanie. Jeśli chcesz uzyskać lepsze wyniki, użyj wariantu modelu sst, który używa - RNG lub wykonalnego modelu z dala od ścianϵkϵ
Który model jest najbardziej odpowiedni?
Domyślam się, że byłby to model - SST. Ponieważ zapewni lepsze przejście, separację i działa nawet przy niekorzystnych gradientach ciśnienia, uzyskasz lepszy opór tarcia skóry . Jednocześnie działa z dala od ścian, co zapewni ci dobry opór nacisku, a tym samym pasożytniczy opór . Uzyskasz lepszą wizualizację przepływu. Możesz bardzo dobrze korzystać z modelu Spalart-Allmaras, ale jeśli zobaczysz to badanie , zauważysz, jak dużą różnicę robi model SST.ωkω
I nie wierz mi na słowo. Raport na temat „ Analizy aerodynamicznej i oceny współczynnika oporu jeźdźców rowerowych na czas ” wykorzystuje model SST. Niniejszy artykuł porównuje wszystkie wyniki modeli turbulencji dla aerodynamiki rowerzystów i dochodzi do wniosku, że model SST daje najlepsze wyniki ogólne. Przytaczam te wyniki, ponieważ pod względem liczby i wymiarów Reynoldta rower jest najbardziej zbliżony do twojego przypadku, dla którego dostępnych jest mnóstwo badań.
Jeśli jednak w twoim przypadku czas jest ograniczony, wybierz model Spalart-Allmaras. W takim przypadku możesz także wybrać RNG - lub możliwą do wykonania - . Jednak to badanie koła rowerowego pokazuje, że model SA daje lepsze wyniki niż - (jest to bardzo specyficzne dla geometrii, inny model może działać dla twojej geometrii). Jeśli cały czas przebywasz na świecie, przeprowadź badania przy użyciu modelu SST i epsilon i opublikuj swoje porównanie, aby inni również mogli z niego skorzystać.ϵ k ϵ k ϵkϵkϵkϵ
Jeśli masz lepsze zasoby obliczeniowe, wybierz LES . Ale czuję, że nie jest to wymagane w tym przypadku i może być niewłaściwe. Nie mam doświadczenia z LES, więc nie mogę komentować.
Kilka interesujących zasobów:
Dom PIANKI: Jeśli chcesz nauczyć się OpenFOAM krok po kroku
Ostatnie postępy w modelowaniu numerycznym przepływów turbulentnych
21st
Modele turbulencji i ich zastosowanie do przepływów złożonych
Wszystkiego najlepszego!
Twoje zdrowie!
