1. Tipos de parámetros de turbulencia

En los ajustes de turbulencia de la simulación de campo de flujo FLUENT, es necesario establecer los parámetros de turbulencia de las condiciones límite. Aunque los ajustes de turbulencia en la entrada y salida del flujo a menudo no tienen un impacto importante en los resultados del cálculo. Sin embargo, en algunos casos (el nivel de turbulencia en la entrada y salida del flujo es cercano al nivel de turbulencia en la capa límite, o incluso mayor que el nivel de turbulencia en la capa límite, como el flujo en chorro), los parámetros de turbulencia serán Afecta la velocidad de convergencia y los resultados de la simulación, por lo que es necesario estimar aproximadamente el valor de cada parámetro.

Como se muestra arriba, hay seis parámetros de turbulencia límite comúnmente utilizados por Fluent, a saber: energía cinética turbulenta (k), tasa de disipación turbulenta (ε, usando el modelo de turbulencia k-epsilon) o tasa de disipación específica (ω, usando el modelo k-omega modelo de turbulencia), intensidad turbulenta (Intensidad), escala de longitud turbulenta (Escala de longitud), relación de viscosidad turbulenta (Relación de viscosidad), diámetro hidráulico (Diámetro hidráulico). En el proceso de configuración de los parámetros de flujo turbulento en la entrada y salida de Fluent, a menudo es necesario seleccionar dos de las configuraciones de los parámetros de flujo turbulento.

Nota: La configuración del parámetro de flujo turbulento de la condición límite de salida agregará contraflujo antes del parámetro, lo que indica el parámetro de flujo turbulento del contraflujo cuando el contraflujo ocurre en la salida. Si no hay ningún fenómeno de reflujo, los parámetros no son válidos.

2. Cálculo de parámetros de turbulencia.

1. Intensidad de la Turbulencia (I)

La intensidad de la turbulencia es la relación entre la raíz cuadrática media u' de las fluctuaciones de velocidad y la velocidad promedio del flujo $en_ {agosto}$ . Menos o igual al 1% es de baja intensidad de turbulencia y mayor al 10% es de alta intensidad de turbulencia. Para el flujo interno, la fórmula cuando el flujo de aire está completamente desarrollado es:

$I=\frac{u'}{u_{avg}}=0.16\cdot Re^{-\frac{1}{8}}$

$Re=\frac{\rho \cdot u\cdot D_{H}}{\mu }$

Entre ellos, I es la intensidad de la turbulencia, Re es el número de Reynolds, u es la velocidad del fluido, DH es el diámetro hidráulico y μ es el coeficiente de viscosidad.

Para flujos internos, se puede utilizar una intensidad de turbulencia baja si el flujo aguas arriba no está suficientemente desarrollado y sin perturbaciones. La intensidad de turbulencia predeterminada de Fluent es del 5%. Al configurar este parámetro, primero puede estimar aproximadamente el número de Reynolds de la condición de trabajo y luego estimar la intensidad de la turbulencia. O puede determinar usted mismo el nivel de turbulencia de las condiciones de trabajo y luego dar una estimación aproximada de la intensidad de la turbulencia.

2. Escala de longitud de turbulencia (L)

La escala de longitud de la turbulencia l está relacionada con el tamaño del remolino. En un flujo de tubería completamente desarrollado, existe una relación aproximada entre la escala de longitud turbulenta l y el tamaño físico de la tubería, dada por:

$l=\frac{0.07L}{C_{\mu }^{0.75}}$

Entre ellos, l es la escala de turbulencia, L es la escala característica, que puede considerarse como el diámetro hidráulico (sin embargo, si la perturbación turbulenta se debe a obstáculos en el flujo, como paletas giratorias y placas perforadas, entonces L debe ser la longitud característica del obstáculo, no el diámetro hidráulico.). El factor 0,07 se basa en la longitud máxima de mezcla en un flujo de tubería turbulento completamente desarrollado. Cμ es un coeficiente de término constante del modelo de turbulencia ke y el valor predeterminado general es 0,09. Este coeficiente se puede consultar en "Cmu" de "Constantes del modelo" del modelo de turbulencia Fluent ke.

Para el flujo límite de pared con una capa límite turbulenta en la entrada, no es necesario calcular la fórmula anterior y la escala de longitud turbulenta se puede determinar directamente como 0,4 veces el espesor de la capa límite. La fórmula es:

$l=0.4\cdot\delta_{99}$

3. Relación de viscosidad turbulenta (μt)

Este parámetro es la relación entre la viscosidad turbulenta y la viscosidad hidrodinámica. Para el modelo k-epsilon estándar, la suposición más importante es utilizar la energía cinética turbulenta k y la tasa de disipación turbulenta ε para representar la viscosidad turbulenta $\mu_{t}$ :

$\mu_{t}=\rho \cdot C_{\mu }\cdot \frac{k^{2}}{\varepsilon}$

Entre ellos, $C_{\mu}$ el significado es el mismo que antes. $\mu_{t}$ Generalmente, no es necesario calcular con precisión, sólo se necesita una estimación aproximada. Generalmente, la relación de viscosidad turbulenta está entre 1 y 10 y el valor predeterminado es 10. Para niveles de turbulencia bajos, como flujo libre externo, la relación de viscosidad turbulenta se puede establecer en 1. Para niveles de turbulencia moderados, la relación de viscosidad turbulenta se puede establecer en 10. Para niveles altos de turbulencia, este valor se puede configurar hasta 100.

Durante el proceso de simulación, a menudo parece que la relación de viscosidad turbulenta se limita a "Viscosidad turbulenta limitada a una relación de viscosidad de 1,00e+05 en *** celdas". De hecho, se debe a que el nivel de turbulencia es extremadamente alto durante el cálculo. proceso, que ha llegado a las condiciones de trabajo actuales imposibles. Si no hay turbulencias tan grandes en condiciones de trabajo reales, este parámetro debe reducirse adecuadamente para eliminar esta advertencia.

4. Energía cinética (k)

La energía cinética turbulenta es una cantidad física utilizada para medir la energía cinética turbulenta. El valor promedio y el valor de pulsación se usan para reemplazar el valor instantáneo, luego se toma el valor promedio y luego se suman las tres ecuaciones de dirección para obtener la cinética turbulenta. ecuación de energía.

$k=\frac{3}{2}\cdot (u_{avg}\cdot I)^{2}$

Entre ellos, k es la energía cinética turbulenta, $en_ {agosto}$ es la velocidad de flujo promedio del fluido e I es la intensidad de la turbulencia.

5. Tasa de disipación turbulenta (ε)

La tasa de disipación turbulenta está representada por diferentes símbolos en diferentes modelos de turbulencia, en el modelo k-épsilon está representada por ε y en el modelo k-omega está representada por ω.

$\varepsilon =\frac{k^{1.5}}{l}$

Entre ellos, k es la energía cinética turbulenta y l es la escala de longitud turbulenta. Otra fórmula de cálculo que utiliza la relación de viscosidad turbulenta es:

$\varepsilon =\rho \cdot C_{\mu }\cdot \frac{k^{2}}{\mu}\cdot(\frac{\mu _ {t}}{\mu })^{-1}$

Entre ellos, k es la energía cinética turbulenta, μ es la viscosidad del fluido y ρ es la densidad del fluido.

6. Tasa de disipación específica (ω)

$\omega =\frac{k^{0.5}}{C_{\mu }\cdot l}$

Entre ellos, k es la energía cinética turbulenta y l es la escala de turbulencia. Otra fórmula de cálculo que utiliza la relación de viscosidad turbulenta es:

$\omega =\rho \cdot \frac{k}{\mu}\cdot (\frac{\mu _ {t}}{\mu })^{-1}$

7. Diámetro hidráulico (DH)

El diámetro hidráulico es cuatro veces la relación entre el área de la sección transversal del flujo y la circunferencia:

$D_{H}=\frac{4A}{P}$

Entre ellos, A representa el área de la sección transversal del fluido y P representa el perímetro mojado del fluido. Para flujo en un tubo circular, su diámetro verdadero es el diámetro hidráulico. Para el flujo de tubería no circular o el fluido no llena la tubería, se debe utilizar la fórmula anterior para el cálculo. Para flujo entre placas paralelas con ancho casi infinito (W >> H), el diámetro hidráulico debe ser aproximadamente 2 veces el espacio entre placas (2H) en lugar del espacio entre placas en sí.

8. Estimar la viscosidad turbulenta modificada (viscosidad turbulenta modificada, v)

Cuando el modelo de turbulencia es el modelo Spalart-Allmaras (modelo de una ecuación), el parámetro de turbulencia límite tendrá el valor de viscosidad turbulenta corregida, la fórmula de cálculo de este parámetro es:

$\widetilde{\nu }=C_{\mu }\cdot \sqrt{\frac{3}{2}}\cdot u_{avg}\cdot I\cdot l$

9. Estimar los componentes de la tensión de Reynolds

Cuando el modelo de turbulencia es el modelo de tensión de Reynolds (RSM), los parámetros de turbulencia límite tendrán la configuración del componente de tensión de Reynolds. Las fórmulas de tensión de Reynolds para uu, vv, ww son:

$\overline{u_{\alpha }^{'}u_{\alpha }^{'}}=\frac{2}{3}k$

Las fórmulas de tensión de Reynolds para uv, vw y uw son:

$\overline{u_{i}^{'}u_{j}^{'}}=0$

3. Selección de parámetros de turbulencia.

(1) Flujo interno completamente desarrollado, intensidad de turbulencia seleccionada y diámetro hidráulico (Intensidad y Diámetro Hidráulico);

(2) Para flujo en paletas guía, placas perforadas, etc., seleccione la escala de intensidad y longitud (Escala de Intensidad y Longitud);

(3) El flujo está rodeado por paredes que provocan una capa límite turbulenta y se seleccionan la escala de intensidad y longitud.

Solucionador fluido: configuración de parámetros de turbulencia