Turbulencia modellek

Jelenleg számos különféle modellt hoztak létre a turbulens áramlások kiszámításához . A megoldás összetettségében és az áramlás leírásának pontosságában különböznek egymástól.

Az alábbiakban felsoroljuk a modelleket egyre bonyolultabb formában. A modellek fő gondolata az átlagos áramlási sebesség és az attól való átlagos eltérés feltételezésére redukálódik: . A Navier-Stokes egyenletek egyszerűsítése után az ismeretlen átlagsebességek mellett az átlagos eltérések szorzatai is megjelennek bennük . A különböző modellek eltérően modellezik őket. Az alább felsorolt ​​modelleket a szükséges pontosságtól függően különféle mérnöki számításokhoz használják. Szinte mindegyiket a hidrodinamikus áramlások kiszámítására szolgáló modern programokban valósítják meg, mint például az Autodesk Simulation CFD , CD-Adapco STAR-CCM+, FlowVision, Fluent , CFX vagy OpenFOAM .

  1. Boussinesq modell . A Navier-Stokes egyenleteket olyan formává alakítjuk, amelyben hozzáadjuk a turbulens viszkozitás hatását . Lásd még Prandtl keveredési út elméletét .
  2. A Spalarta-Almaras modell . Ebben a modellben a turbulens viszkozitási együttható egy további átviteli egyenlete van megoldva
  3. modell . A mozgásegyenletek olyan formává alakulnak, amelyben hozzáadódik az átlagsebesség-ingadozások hatása (turbulens kinetikus energia formájában), valamint a viszkozitás (disszipáció) miatti fluktuáció csökkentésének folyamata. Ebben a modellben 2 további egyenletet oldanak meg a turbulencia kinetikus energiájának szállítására és a turbulencia disszipáció transzportjára. A leggyakrabban használt modell valós mérnöki problémák megoldásában. Lásd még vízesés modelleket .
  4. modell . Az előzőhöz hasonlóan a disszipációs egyenlet helyett a turbulens energia disszipációs sebességének egyenlete van megoldva. Kisebb rácsméreteket igényel, a megoldás eredménye erősen függ a kezdeti közelítéstől, mert rosszul stabil.
  5. Reynolds stressz modell . A Reynolds-átlagolt egyenletek ( RANS ) keretein belül 7 további egyenletet oldanak meg a Reynolds-feszültségek transzportjára .
  6. Nagy örvények módszere (LES, nagy örvény szimuláció). Köztes pozíciót foglal el az átlagolt Reynolds- és DNS-egyenleteket használó modellek között. Nagy képződményekhez folyadékban oldva. Az örvények hatása kisebb, mint a számítási rács cellájának mérete, és helyébe empirikus modellek lépnek.
  7. Közvetlen numerikus szimuláció (DNS, közvetlen numerikus szimuláció). Nincsenek további egyenletek. A nem stacionárius Navier-Stokes egyenletek nagyon finom időlépéssel, finom térhálón vannak megoldva. Valójában ez nem modell. A numerikus szimulációkból nyert rengeteg információ miatt a probléma megoldása során kapott átlagos áramlási értékek, amelyekkel más modellek összehasonlíthatók, értékesek.

Minden modellnek vannak előnyei és hátrányai. Korlátozottak azok az alkalmazási területek, amelyekre a modellállandókat a számítások eredményeinek kísérletekkel való összehasonlításával kapjuk. Például a modell nem illeszkedik jól az örvénylő területekhez.

Linkek