Turbulenssimallit

Tällä hetkellä turbulenttien virtausten laskemiseen on luotu suuri määrä erilaisia ​​malleja . Ne eroavat toisistaan ​​ratkaisun monimutkaisuuden ja virtauksen kuvauksen tarkkuuden suhteen.

Mallit on lueteltu alla yhä monimutkaisempina. Mallien pääidea rajoittuu oletukseen keskimääräisen virtausnopeuden ja keskimääräisen poikkeaman olemassaolosta: . Navier-Stokes-yhtälöiden yksinkertaistamisen jälkeen niihin ilmestyy tuntemattomien keskinopeuksien lisäksi keskimääräisten poikkeamien tulot . Eri mallit mallintavat niitä eri tavalla. Alla lueteltuja malleja käytetään erilaisissa teknisissä laskelmissa vaaditusta tarkkuudesta riippuen. Lähes kaikki ne on toteutettu nykyaikaisissa hydrodynaamisten virtausten laskentaohjelmissa, kuten Autodesk Simulation CFD , CD-Adapco STAR-CCM+, FlowVision, Fluent , CFX tai OpenFOAM .

  1. Boussinesq malli . Navier-Stokes-yhtälöt muunnetaan muotoon, jossa pyörteisen viskositeetin vaikutus lisätään . Katso myös Prandtlin sekoituspolkuteoria .
  2. Spalarta-Almaras malli . Tässä mallissa on ratkaistu yksi ylimääräinen siirtoyhtälö turbulenttiselle viskositeettikertoimelle
  3. malli . Liikeyhtälöt muunnetaan muotoon, jossa keskimääräisten nopeuden vaihteluiden vaikutus (pyörteisen kineettisen energian muodossa) ja tämän viskositeetin (häviön) aiheuttaman vaihtelun vähentämisprosessi lisätään. Tässä mallissa on ratkaistu 2 lisäyhtälöä turbulenssin kineettisen energian kuljetukselle ja turbulenssin hajoamisen kuljetukselle. Yleisimmin käytetty malli todellisten teknisten ongelmien ratkaisemisessa. Katso myös vesiputousmallit .
  4. malli . Samoin kuin edellisessä, dissipaatioyhtälön sijasta ratkaistaan ​​pyörteisen energian häviämisnopeuden yhtälö. Vaatii pienempiä ruudukkokokoja, ratkaisun tulos riippuu voimakkaasti alkuperäisestä approksimaatiosta, koska se on huonosti stabiili.
  5. Reynoldsin stressimalli . Reynolds-keskiarvoisten yhtälöiden ( RANS ) puitteissa ratkaistaan ​​7 lisäyhtälöä Reynoldsin jännitysten siirtoon .
  6. Suurten pyörteiden menetelmä (LES, suurten pyörteiden simulointi). Se on väliasemassa mallien välillä käyttäen keskiarvotettuja Reynoldsin ja DNS-yhtälöitä. Ratkaistu suurille muodostelmille nesteessä. Pyörteiden vaikutus on pienempi kuin laskennallisen ruudukon solun koko, ja se korvataan empiirisilla malleilla.
  7. Suora numeerinen simulointi (DNS, suora numeerinen simulointi). Lisäyhtälöitä ei ole. Ei-stationaariset Navier-Stokes-yhtälöt ratkaistaan ​​erittäin hienolla aikaaskelilla, hienolla tilaruudukolla. Itse asiassa se ei ole malli. Numeerisista simuloinneista saadun suuren tietomäärän vuoksi ongelman ratkaisemisessa saadut keskimääräiset virtausarvot, joihin muita malleja voidaan verrata, ovat arvokkaita.

Kaikissa malleissa on etuja ja haittoja. Käyttöalueet, joille mallivakiot saadaan vertaamalla laskelmien tuloksia kokeisiin, ovat rajalliset. Malli ei esimerkiksi sovi hyvin pyörrealueille.

Linkit