Turbulencja jest jednym z najbardziej skomplikowanych zjawisk obserwowanych w przyrodzie, utrudniającym precyzyjne zdefiniowanie. W literaturze można znaleźć wiele definicji, na przykład ta zawarta w [1]: „Ruch płynu jest opisywany jako turbulentny, jeśli jest trójwymiarowy, obrotowy, przerywany, wysoce nieuporządkowany, dyfuzyjny i rozpraszający”. Jeśli chcesz zbadać to skomplikowane zjawisko i zajrzeć pod maskę, zalecamy to Wprowadzenie do turbulencji.
Aby w pełni uchwycić turbulencje za pomocą modelowania numerycznego, należy rozwiązać równania ruchu dla przepływu płynu we wszystkich skalach przestrzennych i czasowych. To podejście jest określane jako „bezpośrednia symulacja numeryczna” (DNS). W zastosowaniach przemysłowych zasoby obliczeniowe wymagane przez DNS znacznie przekraczają możliwości najpotężniejszych obecnie dostępnych superkomputerów.
Zamiast tego w RWIND 2 zastosowano inną technikę, na przykład rozkład prędkości lub ciśnienia na składowe średnie (uśrednione) i składowe zmienne. Innymi słowy, równania rządzące ruchem płynu są uśredniane w celu usunięcia małych podziałek, dzięki czemu rozwiązanie jest modyfikowane, a ich rozwiązanie jest mniej pracochłonne pod względem obliczeniowym. Równania te są określane jako „Równania Naviera-Stokesa uśrednione metodą Reynoldsa” (RANS).
Do rozwiązania RANS w RWIND 2 wykorzystano model turbulencji k–ε [2], który wprowadza dwa równania transportu dla turbulencji: Pierwszym jest równanie transportu energii kinetycznej turbulencji k, a drugie określa transport szybkości dyssypacji ε k. Metoda ta jest najczęściej używanym i przetestowanym modelem do obliczeń CFD. Wytrzymałość, ekonomiczność i rozsądna dokładność dla szerokiego zakresu zastosowań związanych z przepływem turbulentnym wyjaśniają jego popularność w przemysłowych symulacjach przepływu. Ponadto RWIND 2 udostępnia model turbulencji k–ω jako alternatywę (zobacz https://en.wikipedia.org/wiki/K–omega_turbulence_model artykuł w Wikipedii).
W metodzie "Large Eddy Simulation" (LES) turbulentne struktury o stosunkowo dużej skali są rozwiązywane jak w (DNS). Modelowane są konstrukcje małoskalowe, zwane skalami podsiatkowymi.
W "Transient Flow Analysis", modyfikacji równania "Reynolds-averaged Navier-Stokes" (RANS), zastosowano model "Spalart-Allmaras Delayed Detached Eddy Simulation", zob. Openfoam®. Ten model próbuje traktować obszary przyścienne w sposób podobny do RANS, a resztę przepływu w sposób podobny do LES. Innymi słowy, regionom, w których skala długości turbulencji jest mniejsza niż maksymalny wymiar rastra, przypisywany jest tryb rozwiązywania RANS. Ponieważ skala długości turbulencji przekracza wymiar rastra, obszary są rozwiązywane przy użyciu trybu LES.