Модели турбулентности в 3DEXPERIENCE Роль инженера по гидродинамике

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Должность инженера по гидродинамике на Платформа 3DEXPERIENCE позволяет пользователям выбирать между тремя моделями турбулентности: Spalart-Allmaras, SST k-ω и Realizable k-ε. В этой статье мы разберем их, чтобы помочь вам лучше понять различия между ними, а также сильные и слабые стороны каждого из них.

Что такое модели турбулентности?

Модели турбулентности — это математические модели, используемые в вычислительной гидродинамике (CFD) для моделирования турбулентного потока. Турбулентный поток характеризуется турбулентными завихрениями или вихрями, создаваемыми движением жидкости. Размер этих вихрей варьируется от нескольких размеров области потока до молекулярного масштаба. На изображении ниже показано развитие вихрей турбулентности пары вихревых генераторов.

Модели турбулентности пытаются описать поведение этих вихрей и их взаимодействие и позволяют предсказать влияние турбулентности на общее поведение потока. Существует несколько типов моделей турбулентности, но большинство из них основано на концепции вихревой вязкости, которая измеряет передачу турбулентного момента между соседними слоями жидкости. В этих моделях предполагается, что турбулентные вихри ведут себя как эффективная жидкость с вязкостью, гораздо более высокой, чем молекулярная вязкость жидкости.

Модели турбулентности необходимы для моделирования многих практических инженерных приложений, таких как проектирование самолетов, автомобилей и промышленных процессов. Однако важно отметить, что модели турбулентности представляют собой упрощенное представление сложного физического явления, и на точность их предсказаний могут влиять многие факторы. В результате выбор и проверка модели турбулентности для конкретного приложения требует некоторого понимания базовой физики и тщательного рассмотрения сильных сторон и ограничений модели, в чем поможет эта статья.

Сравнения

Модель Спаларта-Алмараса представляет собой модель с одним уравнением, которая использует одно уравнение переноса для турбулентной вязкости, что делает ее вычислительно эффективной для потоков с низким числом Рейнольдса. Однако он имеет ограничения для потоков с высокими числами Рейнольдса, а на его точность могут влиять сложные характеристики потока, такие как разделение потока и градиенты давления. В аэродинамической отрасли эта модель является отраслевым стандартом.

Модель SST k-ω представляет собой модель с двумя уравнениями, которая сочетает в себе модель k-ω возле стенки и модель k-ε во внешнем слое пограничного слоя, обеспечивая точные прогнозы для потоков как с низким, так и с высоким числом Рейнольдса. Это позволяет лучше прогнозировать трение кожи и другое поведение пограничного слоя. Он также включает функцию смешивания, которая переключается между двумя моделями в области перехода, что делает его более универсальным, чем другие модели. Модель SST k-ω может потребовать тщательной калибровки эмпирических коэффициентов; однако компания Dassault Systémes откалибровала коэффициенты для использования в общих приложениях. При желании пользователь может изменить коэффициенты в соответствии со своим применением. Хотя эта модель может быть дорогостоящей в вычислительном отношении, она является «золотым стандартом» в автомобильной промышленности.

Реализуемая модель k-ε — это еще одна модель с двумя уравнениями, улучшенная по сравнению со стандартной моделью k-ε. Он включает в себя изменения в уравнении скорости диссипации турбулентности, что делает его более физически точным и позволяет лучше прогнозировать потоки со сложными характеристиками, такими как закрученные или вращающиеся потоки. Однако для настройки реализуемой модели k-ε требуется более высокий уровень знаний, а ее производительность может быть чувствительной к начальным и граничным условиям.

Ниже представлена ​​таблица, суммирующая приведенную выше информацию.

Примечание: Dassault Systémes периодически перекалибровывает коэффициенты турбулентности по умолчанию, чтобы обеспечить соответствие результатов экспериментальным и отраслевым стандартам.

Краткое содержание

Каждая модель турбулентности имеет свои сильные и слабые стороны, и выбор подходящей модели зависит от конкретного применения и требуемого уровня точности. Спаларт-Альмарас модель является хорошим выбором для потоков с низкими числами Рейнольдса, в то время как модель SST k-ω Модель более универсальна и может работать с более широким диапазоном режимов потока. Реализуемый k-ε Модель подходит для сложных потоков с закрученными или вращающимися элементами. При использовании роли инженера по гидродинамике необходимо тщательно оценить характеристики каждой модели и выбрать наиболее подходящий вариант для данного применения. В последующих частях этой истории мы рассмотрим каждую модель и приведем примеры ее сильных сторон.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.