La turbolenza è uno dei fenomeni più complicati osservati in natura, rendendo difficile una definizione precisa. La letteratura fornisce molte definizioni, ad esempio quella inclusa in [1]: "Un movimento del fluido è descritto come turbolento se è tridimensionale, rotazionale, intermittente, altamente disordinato, diffusivo e dissipativo." Se vuoi studiare questo fenomeno complicato e guardare sotto il cofano, ti consigliamo questo Introduzione alla turbolenza.
Per catturare completamente la turbolenza mediante modellazione numerica, è necessario risolvere le equazioni del moto per il flusso del fluido su tutte le scale spaziali e temporali. Questo approccio è noto come "Simulazione numerica diretta" (DNS). Per le applicazioni industriali, le risorse computazionali richieste dal DNS superano di gran lunga la capacità dei più potenti supercomputer attualmente disponibili.
Invece, RWIND 2 utilizza una tecnica diversa, come la velocità o la pressione scomposta in componenti medie (medie) e componenti fluttuanti. In altre parole, la media delle equazioni determinanti del moto del fluido è mediata al fine di rimuovere le piccole scale, risultando in un set modificato di equazioni che sono computazionalmente meno laboriose da risolvere. Tali equazioni sono denominate "equazioni di Navier-Stokes con media di Reynolds" (RANS).
Per risolvere RANS in RWIND 2, viene utilizzato il modello di turbolenza k – ε [2], che introduce due equazioni di trasporto per le proprietà di turbolenza: La prima è l'equazione di trasporto dell'energia cinetica di turbolenza k e la seconda equazione governa il trasporto della velocità di dissipazione ε di k. Questo metodo rappresenta il modello più utilizzato e testato per i calcoli CFD. La robustezza, l'economia e l'accuratezza ragionevole per una vasta gamma di applicazioni di flussi turbolenti spiegano la sua popolarità nelle simulazioni di flussi industriali. Inoltre, RWIND 2 fornisce il modello di turbolenza k–ω come alternativa (vedi questo articolo di Wikipedia).
Con "Large Eddy Simulation" (LES), le strutture turbolente su scala relativamente grande sono risolte come in (DNS). Vengono modellate strutture di piccola scala, denominate sotto-griglia.
In "Analisi del flusso transitorio", una modifica dell'equazione (RANS) "Reynolds-averaged Navier-Stokes" , viene utilizzata il modello "Spalart-Allmaras Detached Eddy Simulation", vedi Openfoam®. Questo modello tenta di trattare le regioni vicino alla parete in modo simile a RANS e di trattare il resto del flusso in modo simile a LES. In altre parole, alle regioni in cui la scala della lunghezza della turbolenza è inferiore alla dimensione massima della griglia viene assegnata la modalità di soluzione RANS. Poiché la scala della lunghezza della turbolenza supera la dimensione della griglia, le regioni sono risolte utilizzando la modalità LES.