用途:为 CFD 仿真提供湍流模型的选型与配置参考,覆盖从层流、RANS、LES 到混合 RANS-LES 的建模方法层级。
主要能力:
- RANS 模型:k-ε 系列(标准、RNG、Realizable)、k-ω 系列(标准 Wilcox、SST)、Spalart-Allmaras、雷诺应力模型(RSM),说明各模型的特性、最佳应用与限制。
- LES:介绍空间滤波、亚格子模型(Smagorinsky-Lilly、Dynamic Smagorinsky、WALE、动能亚格子)及网格与成本要求。
- 混合方法:DES、DDES、SDES、SAS。
- 选型指南:按内流、外流、自由剪切流、分离流、旋转/旋流分类,并结合雷诺数给出推荐模型。
- 壁面处理与网格:壁面函数(30<y+<300)、壁面解析(y+≈1)、增强壁面处理(EWT),以及各应用的目标 y+ 与推荐模型。
- 计算成本对比:以标准 k-ε 为 1 归一化,Spalart-Allmaras 约 0.8,RSM 约 2.0-2.5,DES 约 5-20,LES 约 50-500。
- 模型常数:列出标准 k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε、标准 k-ω、k-ω SST、Spalart-Allmaras 的常数取值。
- 提供“湍流模型选择决策树”,按是否需时间精确非定常结构、流动类型、能否达到 y+≈1 等分支给出建议。
使用方式:资料为参考型技能内容,用于在 CFD 建模时依据流动类型、雷诺数、网格 y+ 和计算资源选择并配置湍流模型;未提供具体安装命令或运行参数。
适用场景:外部空气动力学、内部流动、传热、透平机械、分离流、旋转/旋流、自由剪切流、气动声学、燃烧与反应流等。
限制:DNS 对多数工程问题计算代价过高;LES 成本为 RANS 的 10-100 倍且需长时间统计收敛;标准 k-ε 需壁面函数且不适用于低雷诺数流;k-ω 对自由流 ω 值敏感;RSM 收敛困难且对网格质量要求高;资料未提供具体软件实现或安装步骤。