湍流阻尼

在大尺度交界面附近，将形成边界层，且流体接近层流。要模拟此物理现象，需要对靠近交界面的湍流施加阻尼。这通过指定大尺度交界面附近的湍流生成和/或耗散率来实现。

K-Omega 模型的 Egorov 湍流阻尼处理

根据 Egorov [517] 以及 Lo 和 Tomasello [506]，针对交界面区域中的两相，使用对称阻尼过程将交界面建模为移动壁面。

交界面湍流阻尼模型使用低雷诺数处理来指定大尺度交界面附近的比耗散率：

图 1. EQUATION_DISPLAY
ω i ⁢ =   B 6 μ i β * ρ i l d 2
(2317)

其中：

  • 下标 i 指相湍流或混合湍流混合物的第 i 个相。

  • l d 为大交界面距离（请参见交界面距离指定）

  • β * 为湍流模型系数（请参见 K-Omega 模型）。
  • B 为湍流阻尼常数。如果交界面的长宽比太高，则湍流阻尼常数 B 必须考虑该因素。
要强制使用 ω i 作为边界条件，为比耗散率方程添加一个源项，如下所示：
图 2. EQUATION_DISPLAY
S ω ⁢ = α i | ∇ α | ⋅ l d β * ρ i ( ω i ) 2
(2318)

其中：

  • α i 为第 i 个相的体积分数。

  • | ∇ α | 为大交界面的交界面面积密度。此属性仅在接近大交界面的情况下不为零，这可确保仅为该区域添加源项。

K-Omega 和 K-Epsilon 模型的壁面类型湍流阻尼处理

Egorov 湍流处理的一种替代方法是，在近交界面网格单元处使用高雷诺数壁面处理来直接指定湍流量。此方法使用大交界面检测模型来确定一个网格单元厚的交界面。为在交界面的每侧都包含一个近壁网格单元的每个大型交界面网格单元创建一个模板。

使用 K-Omega 模型时，比耗散率 ω i 和生成率 P i 计算如下：

图 3. EQUATION_DISPLAY
ω i ⁢ = C   u * , i β * κ l d
(2319)
图 4. EQUATION_DISPLAY
P i ⁢ =   ρ i u * , i ( u t , lim ⁡ , i ) 2 κ l d
(2320)

使用 K-Epsilon 模型时，湍流耗散率 ε i 和生成率 P i 计算如下：

图 5. EQUATION_DISPLAY
ε i ⁢ =   C   ( u * , i ) 3 κ l d
图 5. EQUATION_DISPLAY
P i ⁢ =   ρ i u * , i ( u t , lim ⁡ , i ) 2 κ l d
(2322)
(2321)

其中

  • C 为阻尼标定常数。

  • κ 为冯·卡门常数。

  • u t , lim ⁡ 为有限切向速度，计算为 u t , lim ⁡ = min ⁡ ( u t , u t , max ⁡ ) 。 u t , max ⁡ 为用户指定的最大切向速度。邻近网格单元处的切向速度计算为 u t = u − u Δ α 。

  • u * 为速度比例（请参见壁面函数）。