湍流建模|05转捩模型-下

导读：介绍转捩模型-下。

• 分离诱导转捩是一个非常复杂的问题：
• 层流流动分离
• 转捩发生在气泡内部
• 流动重新附着为湍流边界层

• 在这种情况下，潜在的湍流模型的反应不够快——即使是正确触发，转捩也需要太长的时间
• 间歇值      需要更大的值：

• 通过修正的源项研究了间歇值与湍流模型的耦合

• 主要对生成项      有影响，在层流区域      =0,使      =0

•      模型目的是取代额外方程      
• 通过湍流强度Tu和边界层中心的局部压力梯度      实现耦合
• 由于      模型中      取决于速度      ，因此该公式不符合伽利略不变
• 由于      模型不符合伽利略不变，边界层壁面需要满足无滑移边界
• 在      模型中，可以通过局部近似实现伽利略不变性

•      输运方程：

• 不是计算边界层外的相关性，而是在边界层内进行局部计算：、

• 转捩开始：

• 修正
• 比      更加简单的相关性

• 所得到的γ模型是局部的和伽利略不变量，只需要一个方程
• 系数可以由用户进行微调

• 转捩位置很大程度取决于湍流强度Tu
• Tu取决于为k和w指定的入口条件

• 对于一些外部空气动力学模拟，入口的远上游（例如飞机，汽车，…），必须为Tu和EVR指定不自然的高入口值
• 在这种情况下，最好在k和ω方程中添加额外的源项，以保持在身体上游不久的自由流湍流

• 在垂直于壁面的边界层中需要非常细的网格
• 求解非常薄的层流边界层
• 求解转捩过程
• 求解层流湍流气泡
• 网格可以基于的y+壁值和膨胀率(ER)

• 需要流向方向加密网格用于求解带有湍流再附着的层流分离气泡

y+敏感

• 如上图所示，在使用Y+=6的网格上，只有几点位于边界层
• 主要问题是整体分辨率低，而不是y+
• 当激活转捩建模时，应避免使用这种网格

膨胀率ER

• 几何展开式保持ER不变
• 双几何定律随着距离壁面的距离而降低了ER
• 使用相同的初始ER，大亚层分布在边界层内提供了更多的网格

转捩气泡的求解

• 在许多工程流中，层流分离气泡触发转捩
• 转捩发生在气泡内部
• 复杂的物理现象需要在流动方向上求解
• 在流向上的气泡需要~20个网格

转捩模型的壁面粗糙度

• 粗糙度影响

其中h为几何粗糙度，hs为沙砾度粗糙度

• 转捩：

• 边界层转捩是一种非常复杂的物理现象
• 基于RANS的转捩模型是物理学的一个粗略表示
•      模型已经使用不同的相关性被实现成广泛的代码
•      模型是      模型的简化
• 减少了方程数
• 伽利略不变性
• 简化修正
• 转捩模拟准确性依赖于设置
• 网格分辨率比全湍流模拟更重要
• 在分离诱导过渡的情况下，需要解决层流气泡。