湍流模型计算层流转变为湍流


  • OpenFOAM讲师

    最近有个小困惑,一般的湍流模型能否计算从层流转变为湍流,是不是只能靠dns。因为最近在看雾化的模型,涉及流动不稳定性,而很多流动不稳定性与层流到湍流的转变有关,看到有些模型直接用雷诺应力来表示不稳定性的影响,但是既然使用了雷诺应力就是应该默认流动是湍流了,而流动不稳定性主要表现在湍流与层流转变的时刻,这样的模化是否合理,不知道有没有大神。



  • 没专门研究过这玩意,不过

    1. 我记得有个转变区湍流模型?
    2. 附加湍流来模拟层流比用层流模拟湍流要更好些(除了DNS)。比如那种附加雷诺应力

  • OpenFOAM讲师

    谢谢东岳老师的建议,涨知识了



  • @东岳 东岳老师,用LES的话模拟不了这种转捩吗?



  • 湍流模型针对的都是湍流流动,基本都是基于各向同性假设,考虑转捩流动应该用转捩模型吧,我了解不多,不知道您现在是不是有了比较深入的理解



  • 首先,从物理上讲,层流和湍流应该都是有边界层的,湍流有边界层到完全湍流区的过渡,即转捩。
    DNS是把湍流能谱涵盖完整了,也就是从大尺度到耗散尺度都硬算出来,当然也就包括说不清道不明的转捩区。
    纯正的LES(WMLES之类的先不说)应该也是可以算出转捩的,这个比较复杂,涉及网格尺度、时间尺度、来流条件、LES模型本身等。
    其次就是RANS和混合RANS/LES,单靠RANS或者近壁面RANS的混合方法一般是算不出转捩的,上面有人说了,RANS是基于各向同性假设,这个假设有先天缺陷,并且对转捩这种时间空间分辨率要求很高的流动一般是排斥的。
    但目前专门发展有单方程、双方程的转捩模型,比如Menter他们,北航的柳老师、清华的符老师等等都做过这方面工作,通过间歇因子或者动量厚度雷诺数之类的经验性输运方程来识别转捩,告诉你这里开始转捩了,那里转捩结束变成湍流了,但一般得不到转捩流动本身的实际特征,比如条带结构之类的转捩自身流动属性。
    回到你这个问题本身,雾化的不稳定性过程严格来说跟转捩还有区别,湍流也是脉动的、不稳定的,这是一个K-H波动或者R-T波动之类的扰动发展问题,液滴破碎跟表面张力演变过程等等很多复杂因素有关,比如瑞利模型啥的描述这个过程的时候也可以不提转捩,当然转捩本身也跟这些小扰动波动发展有关,这一块深入研究比较复杂,几句话几段话我说不清。
    我个人的一点浅见理解,不一定正确,欢迎有懂行的大佬拍砖指正。



  • 我碰巧最近在看这方面的工作,打算在OKS课进行植入,中文还对不上,但是应该就是楼上说的 转捩模型。我参考的是Menter的文章A One-Equation Local Correlation-Based Transition Model,他们的参考案例也很有意思,T3A系列,单独用层流、湍流都不行,只能用附加转变的模型。下图:

    捕获.JPG


Log in to reply