Turbulence jsou jedním z nejkomplikovanějších jevů pozorovaných v přírodě, který je obtížné přesně popsat. V literatuře je k dispozici mnoho definic, například ta, která je obsažena v [1]: "Pohyb tekutiny je popsán jako turbulentní, pokud je trojrozměrný, rotační, střídavý, vysoce neuspořádaný, difúzní a disipativní." Pokud se chcete dozvědět více o tomto komplikovaném jevu, doporučujeme vám Úvod do turbulence.
Pro úplné zachycení turbulence numerickým modelováním je třeba vyřešit pohybové rovnice proudění na všech prostorových a časových úrovních. Tento přístup se označuje jako "Direct Numerical Simulation" (DNS). Pro průmyslové aplikace požadavky DNS na výpočetní zdroje daleko přesahují kapacitu nejvýkonnějších superpočítačů, které jsou v současnosti k dispozici.
Místo toho používá program RWIND 2 jinou techniku, jako je rozložení rychlostí nebo tlaků na střední (průměrované) složky a fluktuující složky. Jinými slovy, rozhodující rovnice pro pohyb tekutiny se zprůměrují, aby se odstranily pohyby v malém měřítku, a výsledkem je upravená sada rovnic, jejichž řešení je výpočetně méně pracné. Tyto rovnice se označují jako "metody časového středování (Reynoldsovy zprůměrované Navier-Stokesovy rovnice)" (RANS).
Pro řešení RANS v programu RWIND 2 používáme k-ε model turbulence [2], který zavádí dvě transportní rovnice pro vlastnosti turbulence: první z nich je transportní rovnice kinetické energie turbulence k a druhou rovnicí se řídí přenos disipace kinetické energie ε. Tato metoda představuje nejvíce používaný a testovaný model pro CFD výpočty. Robustnost, hospodárnost a přiměřená přesnost pro celou řadu aplikací s turbulentním prouděním vysvětluje jeho oblíbenost v průmyslových simulacích proudění. RWIND 2 dále nabízí jako alternativu model turbulence k-ω (viz článek na Wikipedii).
Metoda "Large Eddy Simulation" (LES) řeší turbulentní proudění s turbulencemi v relativně velkém měřítku stejným způsobem jako DNS. Turbulence v malém měřítku, v tzv. sub-grid měřítku, se spočítají pomocí modelu.
V "analýze nestacionárního proudění" se používá modifikace "Reynoldsových zprůměrovaných Navier-Stokesových rovnic (RANS)", model "Spalart-Allmaras Delayed Detached Eddy Simulation" (DDES), viz Openfoam®. Tento model používá pro oblasti blízko stěny metodou RANS a zbytek proudění řeší metodou LES. Jinými slovy, v oblastech, kde je měřítko turbulentních délek menší než maximální rozměr gridu, se použije RANS způsob řešení. Pokud měřítko turbulentních délek přesahuje rozměr gridu, řeší se oblast v režimu LES.