Turbulenz ist eines der kompliziertesten in der Natur beobachteten Phänomene, was eine genaue Definition schwierig macht. In der Literatur gibt es viele Definitionen, zum Beispiel die in [1] enthaltene: "Eine Fluidbewegung wird als turbulent bezeichnet, wenn sie dreidimensional, rotatorisch, intermittierend, stark ungeordnet, diffus und dissipativ ist." Wer dieses komplizierte Phänomen studieren möchte und unter die Haube schauen möchte, dem sei die Introduction to Turbulence empfohlen.
Um Turbulenzen vollständig durch numerische Modellierung abzubilden, müssen die Bewegungsgleichungen für die Fluidströmung auf allen räumlichen und zeitlichen Skalen gelöst werden. Dieser Ansatz wird als "Direct Numerical Simulation" (DNS) bezeichnet. Für industrielle Anwendungen übersteigen die von DNS benötigten Rechenressourcen die Kapazitäten der leistungsstärksten derzeit verfügbaren Supercomputer bei weitem.
Stattdessen verwendet RWIND 2 ein anderes Verfahren, wie beispielsweise Geschwindigkeit oder Druck, zerlegt in mittlere (gemittelte) Komponenten und fluktuierende Komponenten. Mit anderen Worten, die maßgebenden Gleichungen der Flüssigkeitsbewegung werden gemittelt, um die kleinen Skalen zu entfernen, was zu einem modifizierten Gleichungssatz führt, der rechnerisch weniger aufwendig zu lösen ist. Diese Gleichungen werden als "Reynolds-gemittelte Navier-Stokes-Gleichungen" (RANS) bezeichnet.
Um RANS in RWIND 2 zu lösen, wird das k-ε-Turbulenzmodell [2] verwendet, das zwei Transportgleichungen für die Turbulenzeigenschaften einführt: Die erste ist die Transportgleichung der kinetischen Turbulenzenergie k und die zweite Gleichung regelt den Transport der Verlustrate ε von k. Diese Methode ist das am weitesten verbreitete und getestete Modell für CFD-Berechnungen. Robustheit, Wirtschaftlichkeit und angemessene Genauigkeit für eine Vielzahl von turbulenten Strömungsanwendungen erklären seine Popularität in der industriellen Strömungssimulation. RWIND 2 bietet darüber hinaus als Alternative das k–ω-Turbulenzmodell an (siehe diesen Wikipedia-Artikel).
Mit der "Large Eddy Simulation" (LES) werden relativ großräumige turbulente Strukturen wie in (DNS) aufgelöst. Es werden kleinskalige Strukturen, sogenannte Teilrasterskalen, modelliert.
In "Transient Flow Analysis", einer Modifikation einer "Reynolds-averaged Navier-Stokes"-Gleichung (RANS), wird das Modell "Spalart-Allmaras Delayed Detached Eddy Simulation" verwendet, siehe Openfoam®. Dieses Modell versucht, wandnahe Bereiche RANS-ähnlich zu behandeln und den Rest der Strömung LES-ähnlich zu behandeln. Mit anderen Worten, Regionen, in denen die turbulente Längenskala kleiner als das maximale Rastermaß ist, wird der Lösungsmodus RANS zugewiesen. Da die turbulente Längenskala das Rastermaß überschreitet, werden die Bereiche mit dem Modus LES gelöst.