相湍流建模

可以对湍流对连续相和离散相的效应建模。

Simcenter STAR-CCM+ 支持采用以下几种方式对连续相和离散相中的湍流效应建模：

  • 连续相和离散相可以使用各自的湍流能量和耗散方程组进行建模。可以将相单独建模为层流、湍流或其他湍流模型。

    湍流方程等同于单一相公式，但使用每个相的体积分数因子对该相进行缩放。相同的相体积分数还用于修改相湍流量的对流和扩散通量。

  • 可以使用湍流响应模型，基于连续相的湍流计算离散相的湍流。由于仅对连续相方程求解，此代数模型减少了所需的计算。但是，该模型将离散相的湍流耦合到连续相。
  • 此外，还可以通过离散相的气泡/颗粒引起的湍流来耦合相，这会将更多源项添加到连续相湍流能量和耗散方程。
  • 除了对模型湍流的影响，颗粒生成的湍流还可以在局部以颗粒尺度耗散。可以将此影响视为混合的局部增强，并通过颗粒引起的混合模型或颗粒引起的湍流源来解释。
  • 相间湍流传输模型考虑了从一个相到另一个相的湍流传输。

Simcenter STAR-CCM+ 支持在多相流中使用大涡模拟 (LES) 湍流。大涡模拟是湍流的直接数值模拟与雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 方程的求解之间的中间方法。在 LES 中，精确计算大型载能结构对动量和能量传递的影响，仅对最小尺度的湍流效应进行建模。由于小尺度趋于更加均匀、各向同性和通用，受边界条件的影响小于大尺度，因此 LES 模型更简单，当应用于不同流体时需要的调整少于类似 RANS 方程模型。LES 在多相流体中的较好应用是气泡流。

Simcenter STAR-CCM+ 支持 LES 的以下亚网格尺度模型：

  • Smagorinsky 亚网格尺度

  • 动态 Smagorinsky 亚网格尺度

  • WALE（壁面适应局部涡粘度）亚网格尺度

离散相可以使用层流模型，而不使用湍流模型。但是，如果希望离散相执行大量的壁面应力或壁面热传递，则不要使用层流模型。

此过程中的步骤用于接续以下步骤之一：

要对相湍流进行建模：

  1. 在相模型选择对话框的粘滞态组合框中，选择湍流。
  2. 在湍流组合框中，选择以下某个选项：
  3. 如果选择了雷诺平均纳维-斯托克斯，则从雷诺平均湍流组合框中选择以下某个选项：

    • K-Epsilon 湍流

      此模型可有效平衡稳定性、计算成本和精度。适用于包含复杂再循环（无论是否包括热传递）的工业型应用。

      请参见 K-Epsilon 湍流。

    • K-Omega 湍流

      此模型与 K-Epsilon 模型在对应的两个输运方程求解方面类似，但在选择第二个已传输湍流变量时存在差异。此模型适用于航空航天应用。

      请参见 K-Omega 湍流。

    • 对于湍流具有强各向异性（例如，旋风分离器中的旋流）的情况，选择雷诺应力湍流

      请参见雷诺应力传输 (RST) 湍流。

    • 要根据连续相的湍流计算离散相的湍流，选择湍流响应。

      请参见湍流响应模型。

  4. 选择与自己的选择适合的模型。

    每个模型都有其自己的子模型集合。有关可用模型的详细信息，请参见雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 湍流模型和亚网格尺度湍流模型。

    为相选择陈氏湍流响应模型时，必须确保在对应的相间相互作用下选择虚拟质量系数模型。通常会在湍流中自动选择此模型，因为虚拟质量系数也是湍流耗散力模型的必需模型。

    虚拟质量应力模型通常与雷诺应力湍流模型之一组合使用。如果为连续相选择了雷诺应力湍流模型，为离散相选择了湍流响应模型，则应在湍流响应模型上激活法向应力项属性。

    还可以将虚拟质量应力模型与 K-epsilon 或 K-omega 湍流模型一起激活，尽管不推荐这样做。出于平衡原因，无论对虚拟质量应力使用哪种湍流模型组合，都应在所有模型上同时激活或不激活法向应力项属性。在这种情况下，完整雷诺应力模型始终包括动量方程中的法向应力项（除非出于初始化目的或诊断原因激活了使用 Boussinesq 近似属性）。

  5. 如果激活了 K-Epsilon 或 K-Omega 湍流，并且想将自定义比例缩放因子应用于湍流粘度，则从可选模型组合框中选择湍流粘度用户缩放。

    当湍流包含一系列不同密度或混合密度时，使用此模型。

    请参见比例缩放湍流粘度。

  6. 如果要抑制特定区域中的湍流，则从可选模型组合框中选择湍流抑制。

    请参见湍流抑制模型。

打开相间相互作用模型选择对话框，然后选择适当的可选模型。
  1. 如果要对相间的湍流传输建模，则选择相间湍流传输。
    请参见相间湍流传输模型。
  2. 如果要对离散相和周围湍流涡之间的相互作用建模，则选择湍流耗散力。
    请参见湍流耗散力。
  3. 如果要对连续相中存在气泡、液滴或颗粒导致的湍流进行建模，则选择以下某个选项：
    • 颗粒引起的湍流源或 LES 颗粒引起的湍流

      仅当在连续相中激活了雷诺平均纳维-斯托克斯时，颗粒引起的湍流源才可用。仅当在连续相中激活了大涡模拟时，LES 颗粒引起的湍流才可用。

      请参见颗粒引起的湍流源。

    • 颗粒引起的混合

      此模型对连续相的有效粘度有贡献。

      请参见颗粒引起的混合模型。

  4. 设置适当的求解器设置。

返回相应的工作流：