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时间: 2023-05-26 17:01:59 浏览: 102

Best Practice: Scale-Resolving Simulations in ANSYS CFD.pdf

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《ANSYS CFD中的尺度解析模拟最佳实践》在ANSYS CFD软件中，尺度解析模拟（Scale-Resolving Simulations, SRS）是解决复杂流体动力学问题的重要工具，它能提供比传统雷诺平均 Navier-Stokes（RANS）模型更精确的流动预测。本文将深入探讨SRS模型的原理、应用以及模型选择，帮助用户在实际工程中更好地应用这些技术。 1. 引言尺度解析模拟的目标是捕捉流场中的大尺度涡结构，而忽略小尺度湍流波动，从而减少计算成本。这种模拟方法在处理具有强烈涡旋或湍流现象的流动问题时特别有用，例如边界层、分离流动和自由剪切层等。 2. 一般性方面尽管尺度解析模拟（如大涡模拟，LES）在许多情况下表现出色，但其也有一定的局限性。LES的局限性主要在于对网格分辨率的高要求，需要足够精细的网格来分辨大部分湍流尺度，这可能导致计算资源的极大消耗。 3. SRS模型的基本形式 3.1. 尺度自适应模拟（SAS） SAS模型结合了RANS和LES的特性，能在近壁区域自动切换到RANS模式，而在远离壁面的区域进行LES，以降低网格要求。 3.2. 分离涡模拟（DES） DES是专为处理壁面附近流动分离问题设计的，它在壁面附近的RANS和远离壁面的LES之间进行智能切换。 3.3. 大涡模拟（LES） LES通过过滤Navier-Stokes方程，只模拟大于过滤器尺度的大涡，从而简化了湍流建模，适用于大范围流动问题。 3.4. 壁模化大涡模拟（WMLES） WMLES不需在近壁区域使用极细的网格，而是利用壁面函数来模拟近壁湍流，降低了计算成本。 3.5. 内嵌/分区LES（ELES, ZLES） ELES和ZLES是针对复杂几何结构和混合流动区域的解决方案，允许在不同区域采用不同的涡模拟策略。 3.6. 不稳定入口/接口湍流对于不稳定的流动条件，如脉动入口或自由表面，需要特殊处理入口条件和湍流模型，以准确捕捉流动特性。 4. 典型流动类型与基本模型选择 4.1. 全局不稳定的流动这些流动通常涉及强烈的非线性相互作用和快速时间变化。理解和模拟这类流动的关键在于正确选择流动物理模型、网格技术和数值设置。 4.1.1. 流动物理理解流动的物理机制对于选择合适的模型至关重要，例如是否包含旋转、热力学效应或其他非均匀因素。 4.1.2. 模型化选择适合流动类型的湍流模型是至关重要的，例如DES可能更适合处理全局不稳定的流动，因为它能自适应地在RANS和LES之间转换。 4.1.3. 网格要求网格质量直接影响模拟结果的准确性，对于不稳定流动，需要确保网格能捕捉到关键流动特征，同时保持计算效率。 4.1.4. 数值设置选择适当的数值方法（如时间步长、求解器类型等）以保证稳定性并减少数值误差。总结，ANSYS CFD中的尺度解析模拟为工程师提供了强大的工具，用于解决各种复杂的流体动力学问题。通过理解不同SRS模型的特性和适用情况，用户可以根据流动类型和工程需求选择最佳方法，以实现更精确、更经济的计算流体动力学分析。

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