643x
005805
2024-10-25

B2.4 Усреднение по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса - RANS/URANS

Модели средних по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (RANS) широко используются в области ветроинженерии и моделируют турбулентность на всех масштабах длины. Основной подход состоит в разбиении скорости на среднее значение и турбулентные колебания. Получающиеся дополнительные неизвестные "закрываются" через усреднение и дополнительные уравнения. В семействе RANS проводится различие между простыми алгебраическими моделями, которые рассматривают турбулентность как локальную вихревую вязкость, и более часто используемыми одно- или двухуравнительными моделями. Последние решают дополнительные уравнения переноса для кинетической энергии и скорости диссипации. Более сложные подходы, такие как анизотропные методы напряжений Рейнольдса, менее часто используются на практике.

Двухуравнительные модели, в частности, модель k-ε и ее вариации, а также метод k-ω или транспорт напряжений сдвига (SST), являются наиболее широко используемыми благодаря их сбалансированному компромиссу между вычислительными затратами, качеством результатов и сложностью калибровки. Классические модели RANS стремятся найти установившееся равновесие турбулентной задачи и могут применяться в двух пространственных измерениях, в отличие от методов LES, если задача это позволяет.

Для учета временных изменений были разработаны варианты нестационарных RANS (URANS), вводящие переходный член с переменными временными шагами. Однако этот подход требует особой осторожности, поскольку неявное усреднение по всем временным масштабам затрудняет оценку временной точности и может подавлять нестационарные эффекты.