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25-10-2024

B2.4 Ecuaciones de Navier-Stokes promediadas de Reynolds - RANS/URANS

Los modelos de Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) se utilizan ampliamente en el campo de la ingeniería del viento y modelan la turbulencia a través de todas las escalas de longitud. El enfoque básico consiste en dividir la velocidad en un promedio y una fluctuación turbulenta. Las incógnitas adicionales resultantes se "cierran" mediante el promediado y ecuaciones suplementarias. En la familia RANS, se distingue entre modelos algebraicos simples, que tratan la turbulencia como viscosidad de remolino local, y los modelos más comúnmente utilizados de una o dos ecuaciones. Estos últimos resuelven ecuaciones de transporte adicionales para la energía cinética y la tasa de disipación. Enfoques más complejos, como los métodos de esfuerzo de Reynolds anisotrópico, se utilizan menos frecuentemente en la práctica.

Los modelos de dos ecuaciones, particularmente el modelo k-ε y sus variantes, así como el método k-ω o Transporte de Esfuerzo Cortante (SST), son los más utilizados debido a su equilibrio entre esfuerzo computacional, calidad de resultados y complejidad de calibración. Los modelos RANS clásicos buscan el equilibrio en estado estacionario del problema turbulento y también pueden aplicarse en dos dimensiones espaciales, a diferencia de los métodos LES, si el problema lo permite.

Para tener en cuenta los cambios temporales, se desarrollaron variantes de RANS Inestacionario (URANS), introduciendo un término transitorio con pasos de tiempo variables. Sin embargo, este enfoque requiere especial precaución, ya que el promedio implícito a través de todas las escalas de tiempo dificulta evaluar la precisión temporal y puede suprimir efectos no estacionarios.