FLUENT 中 V2F 湍流模型应用介绍

本文主要参考 ANSYS Fluent V2F Turbulence Model Manual

本文内容介绍:

  1. V2F 模型介绍

  2. FLUENTV2F模型激活应用

  3. 参考文献

  4. V2F 模型介绍

能否成功模拟流动分离现象的关键在于能否准确预测流动分离角。在这种模拟案例中,雷诺应力模型和湍流粘性系数模型均一定的局限性。湍流粘性系数模型(例如k-e模型)常常失效,原因在于:对湍动能计算的高估,流线曲率的不敏感性和湍流脉动各向同性假设。雷诺应力模型(RSM)尽管能够捕捉到k-e模型无法得到的湍流特性,但其本质复杂性使得计算上常常无法应用。

V2F 模型是介于湍流粘性系数模型和雷诺应力模型之间的一种模型,基于Durbink-e-v2 模型上发展起来。V2F模型整体方程形式与标准k-e模型相似,但考虑了壁面附近的湍流各向异性和非局域压力应力项。

V2F模型是一种通用的低Re数湍流模型,因此在固体壁面近壁区域也适用,因此不需要壁面模型。模型对于流动分离现象模拟较为准确。

V2F模型基本理论

V2f模型是基于输运方程的四方程模型,对湍动能k,湍动能耗散率e,速度方差率v2和椭圆松弛函数f。在V2f模型,控制方程如下:

FLUENT 中 V2F 湍流模型应用介绍的图1

其中


湍流时间尺度T和长度尺度L定义如下:








以上方程中,各个变量命名方式复合FLUENT常用命名方式,f是椭圆松弛方程的解。V2f模型使用了椭圆算子来类比RSM模型中的压力应力项,椭圆算子是一种修正的Helmholtz算子,通过线性微分算子来处理壁面效应。

湍流粘度(涡粘性)定义如下:


FLUENT 中默认的参数数值如下:


2.FLUENT中应用V2F模型

本节主要内容:

  1. 激活V2F模型

  2. 定义边界条件

  3. 3.      初始化k,ev2

  4. 激活V2F模型

FLUENT默认湍流模型中并没有V2f模型,需要在fluent控制台命令窗口中激活,激活命令为:

(allow-v2f-model)

然后在粘性模型中选择V2F模型


  1. 定义边界条件的方式和其他模型一样

  2. 初始化k,ev2

合理的初始值对于模拟非常重要,通常建议采用充分发展段的湍流参数。

建议开始时采用k-e模型或者realizable k-e 模型计算,收敛之后切换成V2F模型

后处理与其他湍流模型一样,FLUENT计算结果中提供下面湍流参数:

Turbulent Kinetic Energy (k)

Turbulent Intensity

Turbulent Dissipation Rate (Epsilon)

Velocity Variance Scale (v2)

Elliptic Relaxation Function

Production of k

Turbulent Viscosity

Subgrid Turbulent Viscosity

Effective Viscosity

Turbulent Viscosity Ratio

Effective Thermal Conductivity

Effective Prandtl Number

Wall Ystar

Wall Yplus

 

本文主要参考 ANSYS Fluent V2F Turbulence Model Manual

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3.参考文献:

[1] M.Behnia, S. Parneix, Y. Shabany, and P. A. Durbin. "Numerical Study of Turbulent Heat Transfer inConfined and Unconfined Impinging Jets". International Journal of Heat and Fluid Flow. 20. 1-9.1999.

[2] P.A.Durbin. "Separated FlowComputations with the k-epsilon-v2 Model". AIAA Journal. 33(4). 659–664. 1995.

[3] S.Parneix, P. A. Durbin, and M. Behnia. "Computation of a 3D Turbulent Boundary Layer Usingthe V2F Model". Flow Turbulence andCombustion. 10. 19–46. 1998.


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