FLUENT模型选择.doc

本文内容摘自《精通CFD工程仿真与案例实战》。实际上也是帮助文档的翻译，英文好的可直接参阅帮助文档。
FLUENT中的湍流模型很多，有单方程模型，双方程模型，雷诺应力模型，转捩模型等等。这里只针对最常用的模型。

1、湍流模型描述
模型
描述
Spalart-Allmaras
单方程模型，直接解出修正过的湍流粘性，用于有界壁面流动的航空领域（需要较好的近壁面网格）尤其是绕流过程；该模型也可用于粗网格。
Standard k-e
双方程模型。是默认的k-e模型，系数由经验公式给出。只对高Re的湍流有效，包含粘性热、浮力、压缩性等选项
RNG k-e
标准k-e模型的变形，方程和系数来自解析解。在e方程中改善了模拟高应变流动的能力； 用来预测中等强度的旋游和低雷诺数流动
Realizable k-e
标准k-e模型的变形。用数学约束改善模型的性能。能用于预测中等强度的旋流
Standard k-w
两个输运方程求解k与w。对于有界壁面和低雷诺数流动性能较好，尤其是绕流问题；包含转捩。自由剪切和压缩性选项
SST k-w
标准k-w模型的变形。使用混合函数将标准k-e模型与k-w模型结合起来，包含了转捩和剪切选项
Reynolds Stress
直接使用输运方程来解出雷诺应力，避免了其它模型的粘性假设，模拟强旋流相比其它模型有明显优势

2、湍流模型的选择
模型
用法
Spalart Allmaras
计算量小，对一定复杂的边界层问题有较好的效果
计算结果没有被 广泛的测试，缺少子模型
典型的应用场合为航空领域的绕流模拟
Standard k-e
应用多，计算量适中，有较多数据积累和比较高的精度
对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效果欠佳
一般工程计算都使用此模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷
RNG k-e
能模拟射流撞击、分离流、二次流和旋流等 中等复杂流动
受到涡旋粘性同性假设限制
除强旋流过程无法精确预测外，其它流动都可以使用此模型
Realizable k-e
和RNG基本一致，还可以更好的模拟圆形射流
受到涡旋粘性同性假设限制
除强旋流过程无法精确预测外，其它流动都可以使用此模型
Stand k-w
对于壁面边界层，自由剪切流，低雷诺数流动性能较好。适合于存在逆压力梯度时的边界层流动，分离与转捩
SST k-w
基本与标准k-w模型相同。由于对壁距离依赖性较强，因此不太适合于自由剪切流
Reynolds Stress
是最复杂的RANS模型。避免了同性的涡粘性假设。占用较多的CPU时间和内存。收敛较难。对于复杂3D流动适用（如弯曲管道、旋转、旋流燃烧、旋风），尤其是强旋流运动。
现阶段受计算机内存和CPU处理能力的限制，还不能画出足够细的网格，以适应DNS求解的需要；湍流模式理论忽略了大涡的各向异性，平均运算将脉动量的全部细节一律抹平，丢失了包含在脉动量中大量的有重要意义的信息，模拟流场与实际相差也较大，只能作为一种工程参考。与这两类计算方法相比大涡模拟(LES)有着不可比拟的优点。大涡模拟方法将雷诺平均方法和直接模拟方法相结合，对湍流的大尺度分量直接进行数值计算，而小尺度分量对大涡的影响则建立模型模拟。这种方法比直接数值模拟的计算规模小，有实现的可行性；但又比传统的湍流模式理论具有更广泛的适应性。因而现今采用大涡模拟方法来模拟流场是一种较好的折衷方法。本文采用大涡模拟(LES)研究旋风流场中的湍流结构。