雷诺应力传输 (RST) 湍流

雷诺应力传输 (RST) 模型也称为二阶矩封闭模型,可通过对控制输运方程进行求解,直接计算雷诺应力张量 R 的分量。

由于雷诺应力传输方程本身考虑了湍流各向异性、流线曲率、旋流旋转和高应变率的影响,因此与涡流粘度模型相比,RST 模型可能更准确地预测复杂流。

通常,RST 模型的发展起点为雷诺应力的精确微分传输方程,该方程通过将瞬时纳维-斯托克斯方程乘以波动属性,然后对所得积进行雷诺平均而推导得出(有关此精确方程,请参见 [344])。在生成的方程中,瞬态、对流和分子扩散项不需要建模。其余需要建模的项包括湍流扩散项、耗散项,可能还有难度最大的压力应变项。在过去几十年,这些项的相应模型已受到很多关注,[345] 中评论了其中某些模型。

RST 模型需要高昂的计算费用。必须求解七个方程(而 K-Epsilon 或 K-Omega 模型只需求解两个方程):六个方程用于雷诺应力(对称张量),一个方程用于各向同性湍流耗散 ε 。要求解这些方程,除了需要额外的内存和计算时间之外,由于 RST 方程的数值刚性,可能还需要增加获取收敛求解所需的迭代总次数。

压力应变模型

要对压力应变项建模,需要在 Simcenter STAR-CCM+ 中实现以下方法:

线性压力应变模型可用于高 y+ 壁面处理,还适用于两层公式,因此其同样适用于壁面。

二次压力应变模型及其低雷诺数变体(即椭圆混合模型)均基于最新且最精确的压力应变项公式。因此,在大多数情况下,可能需要选择这些模型,首选是椭圆混合模型,因为它还包含适用于全 y+ 网格的特定处理。二次压力应变模型仅适用于高 y+ 壁面处理(即,使用壁面函数),而不会求解受粘性影响的近壁区域。

线性压力应变

用于压力应变项的 Gibson 和 Launder 线性模型 [339] 包括五个项;它们是快速项、缓慢(恢复为各向同性)项及其相应的壁面反射项。

线性压力应变两层

线性压力应变模型的优势在于,它将自己包含在两层公式中,从而使该公式可用于求解低雷诺数型应用的粘性子层。

在线性压力应变模型方法(由 Rodi [313] 建议)中,计算分为两层。在与壁面相邻的层中,湍流耗散率 ε 和湍流粘度 μt 被指定为壁面距离的函数。近壁层中指定的 ε 值将与远离壁面的传输方程求解值平滑混合。

二次压力应变

Sarkar、Speziale 和 Gatski 的二次压力应变模型 [345] 将更高阶的膨胀截断用于压力应变项。

椭圆混合

Manceau 和 Hanjalić 的椭圆混合 RST 模型 [334] 是一种低雷诺数模型,基于准线性二次压力应变项的不均匀近壁公式。该混合函数可用于混合压力应变项的粘性子层和对数层公式。此方法需要求解混合参数 α 的椭圆方程。Lardeau 和 Manceau [341] 已修改 Simcenter STAR-CCM+ 中实现的模型版本。