Турбулентность - одно из самых сложных явлений, наблюдаемых в природе, затрудняющее точное определение. В литературе есть множество определений, например, одно из приведенных в Refer [1 ]: «Движение жидкости описывается как турбулентное, если оно трехмерное, вращательное, прерывистое, сильно разупорядоченное, диффузионное и диссипативное». Если вы хотите изучить это сложное явление и заглянуть под капот, мы рекомендуем это Введение в турбулентность.
Чтобы полностью уловить турбулентность с помощью численного моделирования, необходимо решить уравнения движения потока жидкости во всех пространственных и временных масштабах. Этот подход называется «прямым численным моделированием» (DNS). Для промышленных приложений вычислительные ресурсы, необходимые для DNS, намного превышают возможности самых мощных доступных в настоящее время суперкомпьютеров.
Вместо этого RWIND 2 использует другую технику, например, разложение скорости или давления на средние (усредненные) составляющие и колеблющиеся составляющие. Другими словами, основные уравнения движения жидкости усредняются, чтобы удалить мелкие масштабы, в результате чего получается модифицированный набор уравнений, решение которых менее трудоемко с точки зрения вычислений. Эти уравнения называются «усредненными по Рейнольдсу уравнениями Навье-Стокса» (RANS).
Для решения RANS в RWIND 2 используется модель турбулентности k – ε [2 ], которая вводит два уравнения переноса для свойств турбулентности: Первое - это уравнение переноса кинетической энергии турбулентности k, а второе уравнение управляет переносом скорости диссипации ε для k. Этот метод представляет собой наиболее широко используемую и протестированную модель для расчетов CFD. Надежность, экономичность и разумная точность для широкого диапазона приложений с турбулентными потоками объясняют его популярность при моделировании промышленных потоков. Кроме того, RWIND 2 предоставляет в качестве альтернативы модель турбулентности k – ω (см. Эту статью в Википедии).
С помощью «моделирования больших вихрей» (LES) решаются относительно крупномасштабные турбулентные структуры, как в (DNS). Моделируются мелкомасштабные конструкции, называемые подсеточными масштабами.
В «Анализе переходных процессов», модификации «усредненного по Рейнольдсу уравнения Навье – Стокса» (RANS), используется модель «Моделирование отложенных отдельных вихрей», см. Openfoam®. Эта модель пытается обработать пристенные области в стиле RANS, а остальную часть потока - в стиле LES. Другими словами, областям, где турбулентный масштаб длины меньше максимального размера сетки, назначается режим решения RANS. Поскольку турбулентный масштаб длины превышает размер сетки, области решаются с использованием режима LES.