RANS 湍流模型的初始化和流入

实际初始和流入边界值的指定对于出色的收敛和精确的模拟结果十分重要。

对于单方程湍流模型，仅需一个值。对于其他湍流模型，至少需要两个值。

许多工程应用将使用双方程模型。例如，k-epsilon 模型需要两个边界条件：一个用于湍动能，一个用于湍流耗散率。 $k$ $ε$ $k$ 和的测量数据通常不可用，但有些方程可根据测量或估计的值（例如湍流强度和长度尺度）来计算和。 $ε$ $k$ $ε$ 在 Simcenter STAR-CCM+ 中，通常有三种可用的湍流指定方法（具体取决于湍流模型）：

直接指定湍流变量（例如，和） $k$ $ε$
指定湍流强度和湍流长度尺度
指定湍流强度和湍流粘度比

对于初始化，最后两种方法还需要指定湍流速度比例。

指定湍流值

无论使用何种湍流指定方法设置边界条件，Simcenter STAR-CCM+ 均会自动将这些值转换为和值。 $k$ $ε$ 为了避免在初始迭代期间出现发散，它也有助于为湍流量提供合理的初始值。不可否认，要找到一个充分描述整个域中湍流的数字十分困难。

湍流长度尺度

湍流长度尺度是一个物理量，描述湍流中大含能涡的尺寸。它通常设为流入特征尺寸的 5% 左右。因此，对于 30 mm 直径管道，它为 1.5 mm。

湍流强度

湍流强度是局部速度波动相对平均速度的均方根的度量，通常计算如下：

高湍流情况：复杂几何（如热交换器）内的高速流，以及旋转机械（涡轮机和压缩机）内的流。通常，湍流强度介于 5% 至 20% 之间
中湍流情况：不太复杂的设备（如大型管道）中的流、通风流或低速流（低雷诺数）。通常，湍流强度介于 1% 至 5% 之间
低湍流情况：源自停滞的流体中的流，如穿过汽车、潜艇和飞机的外部流。高质量的风洞也可以达到非常低的湍流等级。通常，湍流强度较低（低于 1%）。

湍流粘度比

湍流粘度比的范围通常设为

10 < μ_{t} / μ < 100

。但是，对于 SKE LRe、RKE、RKE 2L 和 EBL 模型，在流体边界上或出于初始化目的指定的湍流粘度比不同于模型在域内使用的值。

对于这些模型，湍流粘度不仅是湍流量和模型系数的函数，而且还是阻尼函数

f_{μ}

（有关示例，请参见 Eqn. (1163)），该函数随空间变化，因此在运行模拟前未知。因此，Simcenter STAR-CCM+ 无法使用 Eqn. (1163) 根据在流体边界上或出于初始化目的指定的湍流粘度比计算。

ε

相反，Simcenter STAR-CCM+ 使用 Eqn. (1359) 近似。

ε

在初始化之后分析湍流粘度比时，可以看到指定值与 Simcenter STAR-CCM+ 应用的值之间有何不同。要在流体边界上或出于初始化目的获得所需的湍流粘度比，执行以下步骤：

设置所需的湍流粘度比值。 ${T V R}_{s p e c i f i e d}$
初始化求解。
创建标量场景，然后分别在流体边界上或流体域中绘制场函数湍流粘度比。 ${T V R}_{a p p l i e d}$
将湍流粘度比值设为。 $\frac{{T V R}_{s p e c i f i e d}^{2}}{{T V R}_{a p p l i e d}}$
清除求解，然后重新初始化。
标量场景现在显示所需的湍流粘度比。

湍流速度比例

湍流速度比例是一个代表速度，Simcenter STAR-CCM+ 需要将指定的湍流量转换为已传输湍流量。通常，将该值设为等于域中的初始速度。但是，如果初始速度等于零，则将湍流速度比例保留为其默认值 (1 m/s)，以确保湍流量收敛良好。