SIMPLE算法选编.ppt

SIMPLE算法;SIMPLE;提出SIMPLE算法的缘由;SIMPLE算法的假设条件;SIMPLE算法的计算步骤;SIMPLE算法的改进;Fluent中提供的压力、速度耦合方法;SIMPLE，SIMPLEC及PISO三种方法选择;SIMPLE，SIMPLEC及PISO三种方法选择;湍流/紊流;湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。湍流流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都随时间与空间发生随机的变化。 从物理结构上说，湍流是由各种不同尺度的涡旋叠合而成的流动，这些漩涡的大小及旋转轴的方向分布是随机的。大尺度的涡旋主要是由流动的边界条件所决定，其尺寸可以与流场的大小相比拟，是引起低频脉动的原因；小尺度的涡旋主要是有粘性力所决定，其尺寸可能只有流场尺度的千分之一量级，是引起高频脉动的原因。大尺度的涡旋破裂后形成小尺度涡旋。较小尺度的涡旋破裂后形成更小尺度的涡旋。大尺度的涡旋不断地从主流获得能量，通过涡旋间的相互作用，能量组建向小的涡旋传递。最后由于流体粘性的作用，小尺度的涡旋不断消失，机械能就转化（或称为耗散）为流体的热能。同时，由于边界作用、扰动及速度梯度的作用，新的涡旋又不断产生，这就构成了湍流运动。;流体内部多尺度涡旋的随机运动构成了湍流的一个重要特点：物理量的脉动。 湍流运动尽管是流体微团的运动，但远未达到分子水平。无论湍流运动多么复杂，非稳态的N—S方程对于湍流的瞬时运动仍然是适用的。 Hinze对湍流的定义为：湍流是时间和空间上的一种不规则的随机变化，可利用不同的统计平均值来统计。 用一句话总结湍流： 在一定雷诺数下，流体表现在时间和空间上的随机脉动运动，流体中含有大量不同尺度的涡旋(eddy)。 ;湍流模型;湍流模型选取; Spalart-Allmaras 模型应用范围： Spalart-Allmaras模型是设计用于航空领域的，在透平机械中的应用也愈加广泛。 Spalart-Allmaras模型是相对简单的单方程模型，只需求解湍流粘性的输运方程，不需要求解当地剪切层厚度的长度尺度 由于没有考虑长度尺度的变化，这对一些流动尺度变换比较大的流动问题不太适合；比如平板射流问题，从有壁面影响流动突然变化到自由剪切流，流场尺度变化明显等问题。 ;k-ε模型 标准的k-ε模型： 最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。适用范围广、经济、合理的精度。它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。 湍动能输运方程是通过精确的方程推导得到，耗散率方程是通过物理推理，数学上模拟相似原型方程得到的。 标准κ-ε模型只适合完全湍流的流动过程模拟。 RNG k-ε模型： 在ε方程中加了一个条件，有效的改善了精度。 考虑到了湍流漩涡，提高了在这方面的精度。 为湍流Prandtl数提供了一个解析公式，然而标准k-ε模型使用的是用户提供的常数。 RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些公式的作用取决于正确的对待近壁区域。 这些特点使得RNG k-ε模型比标准k-ε模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。 　;realizable可实现的k-ε模型： 为湍流粘性增加了一个公式。 为耗散率增加了新的传输方程。 应用范围： 对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。 可实现的k-ε模型和RNG k-ε模型都显现出比标准k-ε模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。 适合的流???类型比较广泛，包括有旋均匀剪切流，自由流（射流和混合层），腔道流动和边界层流动。 可实现的k-ε模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘度。; k-ω模型 标准的k-ω模型： 为考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流传播而修改的。 应用范围： 自由剪切流传播速率，像尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射，因而可以应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。 SST k-ω模型： 在近壁自由流中k-ω模型有广泛的应用范围和精度。为了达到此目的，k-ε模型变成了k-ω公式。 SST k-ω模型合并了来源于ω方程中的交叉扩散。 湍流粘度考虑到了湍流剪应力的传播。 模型常量不同。 这些改进使得SST k-ω模型比标准k-ω模型在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。 ;两个模型的对比 两种模型有相似的形式，有方程k和ω。SST和标准模型的不同之处是： 从边界层内部的标准k-ω模型到边界层外部的高雷诺数的k－e模型的逐渐转变。 考虑到湍流剪应力的影响修改了湍流粘性公式。 ;　 RSM模型 /雷诺应力模型 LES DNS