这 流体动力学工程师角色 在 3DEXPERIENCE 平台 允许用户在三种湍流模型之间进行选择：Spalart-Allmaras、SST k-ω 和 Realized k-ε。 在本文中，我们将对它们进行细分，以帮助您更好地了解它们之间的差异以及各自的优点和局限性。
什么是湍流模型？
湍流模型是计算流体动力学 (CFD) 中用于模拟湍流的数学模型。 湍流的特征是流体运动产生的湍流涡流或涡流。 这些涡流的大小范围从流域大小的几倍到分子尺度。 下图显示了一对涡流发生器的湍流涡流的发展。
湍流模型试图描述这些涡流的行为及其相互作用，并提供一种预测湍流对整体流动行为的影响的方法。 湍流模型有多种类型，但大多数都基于涡粘性的概念，它测量相邻流体层之间的湍流动量传递。 在这些模型中，假定湍流涡流的行为类似于有效流体，其粘度远高于流体的分子粘度。
湍流模型对于模拟许多实际工程应用（例如飞机设计、汽车和工业流程）至关重要。 然而，值得注意的是，湍流模型是复杂物理现象的简化表示，许多因素都会影响其预测的准确性。 因此，为特定应用选择和验证湍流模型需要对基础物理有一定的了解，并仔细考虑模型的优点和局限性，本文将对此有所帮助。
比较
Spalart-Allmaras 模型是一种单方程模型，它使用单个传输方程来计算湍流粘度，使其对于低雷诺数流动具有计算效率。 然而，它对于高雷诺数流动有局限性，并且其精度可能受到复杂的流动特征（例如流动分离和压力梯度）的影响。 在空气动力学行业，该模型是行业标准。
SST k-ω 模型是一个二方程模型，结合了近壁面的 k-ω 模型和边界层外层的 k-ε 模型，可为低雷诺数流和高雷诺数流提供准确的预测。 这可以更好地预测表面摩擦和其他边界层行为。 它还包括一个混合功能，可以在过渡区域的两个模型之间切换，使其比其他模型更加通用。 SST k-ω 模型可能需要仔细校准经验系数； 然而，达索系统已经校准了系数以适用于一般应用。 如果需要，用户可以修改系数以匹配他们的应用。 虽然计算成本可能很高，但该模型是汽车行业的“黄金标准”。
可实现的 k-ε 模型是另一种二方程模型，它改进了标准 k-ε 模型。 它包括对湍流耗散率方程的修改，使其在物理上更加准确，并为具有复杂特征的流动（例如旋流或旋转流）提供更好的预测。 然而，可实现的 k-ε 模型需要更高水平的专业知识才能建立，并且其性能对初始条件和边界条件可能很敏感。
下表总结了上述信息。
| 湍流模型 | 方程数 | 关于 范围 | 优势 | 局限性 |
|---|---|---|---|---|
| 斯帕拉特-阿尔马拉斯 | 一 | 低的 | 计算效率高，适用于低雷诺数流动。 空气动力学 | 高雷诺数流量的精度有限，对复杂的流量特征敏感 |
| 海温k-ω | 二 | 从低到高 | 对各种流态进行多功能、准确的预测，混合功能可有效建模近壁行为。 汽车 | 计算成本可能很高 |
| 可实现的k-ε | 二 | 从低到高 | 提高了具有漩涡或旋转特征的复杂和各向异性流的精度。 最适合内部流动 | 对初始条件和边界条件敏感 |
笔记：达索系统定期重新校准默认湍流系数，以确保结果符合实验和行业标准。
概括
每个湍流模型都有其自身的优点和局限性，选择合适的模型取决于具体应用和所需的精度水平。 这 斯帕拉特-阿尔马拉斯 模型对于低雷诺数流动是一个不错的选择，而 海温k-ω 模型更加通用，可以处理更广泛的流态。 这 可实现的k-ε 模型适合具有漩涡或旋转特征的复杂流动。 使用流体动力学工程师角色时，必须仔细评估每个模型的性能，并为给定应用选择最合适的选项。 本故事的后续部分将深入研究每个模型并提供其优势的示例。