CFD讲义：湍流模型详解与FLUENT内建选项

在CFD讲义的第三章中，主要探讨了湍流模型的理论基础和实际应用。湍流模型是CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）分析中的关键组成部分，用于处理现实中复杂且不可预测的湍流流动。主要有三种类型的模型： 1. **湍流输运系数模型**：起源于Boussinesq的理论，这类模型如二阶方程中的[pic]3－1，通过将速度脉动的二阶关联量表示为平均速度梯度和湍流粘性系数的函数。在三维情况下，使用笛卡儿张量形式。这些模型的目标是通过特定方法计算湍流粘性系数[pic]，分为零方程模型、单方程模型和双方程模型，分别对应不同复杂度的微分方程。 2. **抛弃湍流输运系数的模型**：直接处理湍流应力和其他二阶关联量的输运方程，这种模型更加侧重于湍流动态的物理描述。 3. **大涡模拟**：将湍流划分为大尺度和小尺度，大涡模拟通过修正的Navier-Stokes方程模拟大涡旋，小涡旋则用其他模型处理，体现了对湍流统计结构的处理方式。 FLUENT软件提供了多种湍流模型，包括单方程（如Spalart-Allmaras模型）、双方程模型（如标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型和可实现κ-ε模型）以及雷诺应力模型和大涡模拟。这些模型的选择取决于问题的特性，如需要的精度、模型的复杂性和计算效率。 在实际应用中，雷诺平均方法（Reynolds Averaging）是处理湍流的基本手段，通过将瞬时Navier-Stokes方程中的变量分解为平均值和脉动量。速度和压力等标量变量的平均量输运方程，如[pic]3－3 和[pic]3－4，被用来构建雷诺平均的Navier-Stokes（RANS）方程，如[pic]3－5 和[pic]3－6。这些方程反映了平均流动和湍流效应的平衡，其中[pic]代表雷诺应力，它在求解过程中需要被准确模拟以封闭方程。在密度变化的流动，如燃烧问题，可能需要使用法夫雷平均（Favre Averaging）来适应这种情况。 理解并选择合适的湍流模型对于CFD计算的准确性至关重要，不同的模型适用于不同的工程场景，需要根据实际需求综合考虑其适用性、精度和计算成本。