596x
005805
2024-10-25

B2.4 Uśrednione rejmolodowo równania Naviera-Stokesa - RANS/URANS

Modele RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) są szeroko stosowane w dziedzinie inżynierii wiatrowej i modelują turbulencje we wszystkich skalach długości. Podstawowe podejście polega na rozdzieleniu prędkości na średnią i fluktuację turbulentną. Powstałe dodatkowe niewiadome są "zamykane" poprzez średniowanie i dodatkowe równania. W rodzinie RANS wyróżnia się proste modele algebraiczne, które traktują turbulencje jako lokalną lepkość wiru, oraz częściej używane modele jedno- lub dwu-równaniowe. Te ostatnie rozwiązują dodatkowe równania transportowe dla energii kinetycznej i współczynnika dyssypacji. Bardziej skomplikowane podejścia, takie jak metody anizotropowych naprężeń Reynoldsa, są rzadziej stosowane w praktyce.

Modele dwu-równaniowe, w szczególności model k-ε i jego warianty, a także metoda k-ω lub SST (Shear Stress Transport), są najczęściej stosowane ze względu na zrównoważony kompromis między wysiłkiem obliczeniowym, jakością wyników i złożonością kalibracji. Klasyczne modele RANS dążą do ustalenia równowagi stanu stacjonarnego problemu turbulentnego i mogą być stosowane również w dwóch wymiarach przestrzennych, w przeciwieństwie do metod LES, jeśli problem na to pozwala.

Aby uwzględniać zmiany czasowe, opracowane zostały warianty URANS (Unsteady RANS), wprowadzające człon przejściowy ze zmiennymi krokami czasowymi. Jednakże to podejście wymaga szczególnej ostrożności, ponieważ implicitne średniowanie przez wszystkie skale czasowe czyni ocenę dokładności zmian czasowych wyzwaniem i może tłumić niestacjonarne efekty.