STAR-CCM+|K-epsilon湍流模型溯源

【1】引言

三维CFD仿真经典软件很多,我接触过的有Ansys和STAR-CCM+两种。因为一些机缘,我使用STAR-CCM+更多,今天就来回顾一下STAR-CCM+中K-epsilon湍流模型的基本定义。

【2】学习地址介绍

点击链接User Guide可以到达网页版本的STAR-CCM+ 2406介绍页面。

实际上这里的介绍还是比较粗糙,不妨自己认真梳理一下吧,先看一下中英文对照。

中文名 英文名 英文简称
标准K-epsilon Standard K-Epsilon SKE
标准K-epsilon两层模型 Standard K-Epsilon Two-Layer SKE 2L
标准K-epsilon低雷诺数 Standard K-Epsilon Low-Re SKE LRe
可实现K-epsilon Realizable K-Epsilon RKE
可实现的K-epsilon两层模型 Realizable K-Epsilon Two-layer RKE 2L

【3】基本概念

K-epsilon实际上就是两部分概念的直接组合,K代表湍动能,写在公示里面一般用小写字母 k k k,epsilon代表湍流耗散率,写在公式里面一般用希腊字母 ε \varepsilon ε。

【3.1】湍流动能 k k k

湍流动能 k k k的计算式为:
k = 1 2 u i ′ u i ′ ‾ = 1 2 ( u ′ 2 ‾ + v ′ 2 ‾ + w ′ 2 ‾ ) k=\frac{1}{2}\overline{u_{i}'u_{i}'}=\frac{1}{2}(\overline{u^{'2}}+\overline{v^{'2}}+\overline{w^{'2}}) k=21ui′ui′=21(u′2+v′2+w′2)

这里的 u i ′ ‾ \overline{u_{i}^{'}} ui′是速度的脉动分量,在雷诺平均的方法里,速度包括时均量和脉动量两个部分,这里的湍流动能就是速度三个方向上脉动分量平方和的一半,代表了单位质量流体脉动的强度。

【3.2】湍流耗散率 ε \varepsilon ε

湍流耗散率 ε \varepsilon ε用于描述湍流动能 k k k被耗散(转化为内能)的速率,衡量了小尺度涡旋将动能转化为热量的速度。

【3.3】湍流粘度 μ t \mu_{t} μt

湍流粘度 μ t \mu_{t} μt的计算通过湍流动能 k k k和湍流耗散率 ε \varepsilon ε获得:
μ t = ρ C μ k 2 ε \mu_{t}=\rho C_{\mu}\frac{k^2}{\varepsilon} μt=ρCμεk2

上式中,
ρ \rho ρ------流体密度
C μ C_{\mu} Cμ------经验常数

由公式可见, k k k越大, ε \varepsilon ε越小,获得的湍流粘度 μ t \mu_{t} μt越大。

K-epsilon模型的核心作用就是通过湍流动能 k k k和湍流耗散率 ε \varepsilon ε获得湍流粘度 μ t \mu_{t} μt,湍流粘度 μ t \mu_{t} μt直接表征了对流体耗散的强弱。

【4】补充

K-epsilon模型的引出来源于布辛涅斯克近似:它假设湍流应力类似于粘性应力,与平均流场的应变率成正比。比例系数就是湍流粘度 μ t \mu_{t} μt。

【5】总结

了解了K-epsilon湍流模型的来源和一些基础概念。

相关推荐
T06205149 分钟前
【面板数据】地级市及区县人口空心化数据(2000-2024年)
大数据
Aktx20FNz1 小时前
iFlow CLI 完整工作流指南
大数据·elasticsearch·搜索引擎
LaughingZhu2 小时前
Anthropic 收购 Oven 后,Claude Code 用运行时写了一篇护城河文章
大数据·人工智能·经验分享·搜索引擎·语音识别
学习3人组2 小时前
TortoiseGit冲突解决实战上机练习
大数据·elasticsearch·搜索引擎
Ln5x9qZC22 小时前
Flink SQL 元数据持久化实战
大数据·sql·flink
OYpBNTQXi2 小时前
Flink Agents 源码解读 --- (6) --- ActionTask
大数据·flink
中金快讯3 小时前
济民健康医疗服务占比提升至46%!业务结构调整初见成效
大数据·人工智能
lizhihai_993 小时前
股市学习心得-尾盘半小时买入法
大数据
Echo-J3 小时前
WinDbg 双机调试(调试机为Windows11系统,被调试机为Windows7系统)
安全·网络安全·云计算·系统安全
大大大大晴天️4 小时前
Hudi 生产问题排障-乱序Upsert入湖数据丢失
大数据·flink·hudi