Модели турбулентности

[Miki 3]

to Alex_G

да конечно модели называемые (по методу осреднения ур-й Н.С.) RANS учитывающие турб вязкость как скаляр, видимо хуже описывают отрывные течения, но изотропная вязкость все же не такое грубое допущение. к нашему счастью :))

а теплообмен очень сильно зависит от

параметра Y+ (безразмерная координата стенки) то есть от размера сетки

у стенки, считается что он должен быть где-то в таких пределах 11.4<Y+<300

хотя в зависимости от модели расчета пристеночных функций возможны варианты

кстати, я тоже занимаюсь в основном теплообменом.

то Iatsouk

так все верно

просто два типа моделей

RANS - Reynolds Averaged Navier Stokes Equations

и RSM - Reynolds Stress Turbulence Models

в первых турб вязкость считается изотропной соотв. скаляром

а во вторых учитывается весь тензор напряжений

[Egorov M.M. 0]

Alex G:

У меня пока хватает... Но у меня ситуация проще - во FlowVision выбор меньше... А если вам коллега скажет - нужно использовать то-то и то-то, вы ему поверите на слово? И поставите свою репутацию как специалиста в зависимость от этого? И если ваши расчеты разойдутся с эксперименом - будете ссылаться на статью, в которой они не разошлись?

При общении с Miki вы пришли весьма к полезным результатам, естественно не полностью ссылаясь на его мнение, а проверив некоторые его доводы...

Подобный пример отвечает на те вопросы, которые Вы мне задали. И именно к такому общению я и призываю!

С уважением, Egorov M.M.

Изменено 19 января 2004 пользователем Egorov M.M.

[Egorov M.M. 0]

Alex G:

Попробую высказать свое мнение, сложившееся из опыта расчетов:

В k-e модели турбулентности действительно не возникают вихри, вызванные турбулентностью потока в чистом виде, но крупномасштабные вихри, вызванные большой неоднородностью потока, т.е. большими касательными напряжениями в потоке (когда происходит перераспределение погранслоя из-за центробежных сил и, как следствие возникновение вторичных течений) или отрывом пограничного слоя имеют место быть.

Относительно вашего мнения:

<<< на сложные модели турбулентности нужно переходить только если простые дают неудовлетворительный результат...

целиком и полностью поддерживаю, т.к. подобный подход позволяет обеспечить оптимум с точки зрения "точность расчетов - вычислительные ресурсы"....

[Miki 3]

кстати так и не понял в чем сложность k-w ?

ну да не это главное,

а время расчета пока что сильно не отличается k-e или k-w

порядка 45 минут ( 600 тыс тетра, пень 4/2,4Ггц/2Гб)

а вот с отрывами дело совершенно по другому

и еще

давно хотел отметить небольшую скажем особенность,

только не пойму чью ? т.н. "тяжелых пакетов" или FlowVision ?

"тяжелый" пакет решает ту же задачу гораздо быстрее (причем и сетка побольше будет)

[Egorov M.M. 0]

По поводу SST модели и некоторых других тоже

1. у меня есть часть т.н. Verification part по сравнению моделей турбулентности. Был бы признателен если кто-нить разместил его где нить на сайте, и вообще есть предложение собирать подобные материалы где-то отдельно мыльте на jackill@list.ru

Обеими руками поддерживаю предложение Miki, в блежайщее время выложу в интернете, любезно предоставленную им статью, и сразу дам ссылку. Если у кого-нибуть есть подобные интересные статьи, и есть желание ими поделиться между собой, пишите egorov@nm.ru.

[Egorov M.M. 0]

В задачах с которыми я работаю (развитые турбулентные течения, теплообмен там же) SST модель меня вполне устраивает, по многим нашим моделям мы достигли точности 10% и менее…

Miki, возможно ли уточнить указанные Вами цифры по SST модели, точность в 10%, это какого параметра?

Изменено 20 января 2004 пользователем Egorov M.M.

[Egorov M.M. 0]

Кстати, что народ думает про k-w? В пристеночных слоях с низкими Re, вроде работает лучше, чем k-e, а где отрыв, там и низкий Re на стенке…

кстати так и не понял в чем сложность k-w ?

Согласен k-w модель турбулентности дает хорошие результаты в погранслое и в области с низким Re, но имеет ряд недостатков:

- дает грубое решение для ядра потока. Если смотреть применительно к нашему эксперименту, то из статьи видно, что течение на первой трети длины диффузора (до момента отрыва погранслоя) близко к идеальному (за исключением погранслоя). Поэтому на 1/3 длины а затем в ядре потока скорее всего получим плохую точность.

- для качественного решения k-w модели турбулентности необходимо обеспечить y+=1, что значительно увеличит размерность сетки…

Мне кажется, что самой оптимальной моделью турбулентности (из класса RANS) для подобного режима течения будет k-w SST модель, которая использует k-e модель для расчета ядра потока, а k-w модель для расчета погранслоя и зоны с низким числом Re. Но опять же эта модель требует y+=1, и не меньше 10 ячеек в погранслое и поэтому Alex G. назвал ее более сложной моделью…

Ниже привожу краткую характеристику k-e моделей с точки зрения рассматриваего нами течения:

Standart k-e

- модель является полуэмпирической, в которой константы были получены для потоков, обладающих изотропностью турбулентной вязкости (в эксперименте наблюдались развитые вторичные течения, вызванные неоднородностью распределения напряжений).

- при выводе данной модели турбулентности вводилось предположение, что поток является полностью турбулентным, и таким образом эффекты, вызванные молекулярной вязкостью незначительны (в нашей задаче Re~10^5, т.е. режим течения не является полностью турбулентным и имеется обширная зона отрыва с малыми Re).

- грубая запись уравнения переноса скорости турбулентной диссипации e.

RNG k-e

+ введен дополнительный параметр в уравнение для скорости турбулентной диссипации e, который улучшает точность решения высоконапряженных и искревленных потоков (что и имеет место в эксперименте)

+ используется аналитическая формула расчета динамической вязкости, что увеличивает точность расчета турбулентных течений с низким Re (является очень хорошей опцией при расчете рассматриваемого нами течения, но требует сеточное разрешение с обеспечением y+~1)

Realizable k-e

+ в других k-e моделях при очень больших значениях нормальных напряжений потока возникают проблемы со сходимостью, в этой модели в связи с тем, что введена зависимость параметра Cm от характера дефформации осредненного потока и турбулентности (k,e), то данная проблема была решена.

+уравнение скорости турбулентной диссипации e получено из точного уравнения переноса среднеквадратичного пульсационного вихря, что улучшает точность расчета искревленных и отрывных течений…

Изменено 20 января 2004 пользователем Egorov M.M.

[Aleks_G 0]

кстати так и не понял в чем сложность k-w ?

я имел ввиду SST модель, по поводу которой есть интересное мнение А. Аксенова (на их форуме):

<<<Мы сравнивались по обтеканию крылового профиля на FlowVision (низко-рейнольдсовая k-e модель) с расчетами этого же течения на модели SST (шестигранная сетка, выделение погранслоя и т.д., расчет не наш). Так вот, расхождение FlowVision с экспериментом - до 20%, по SST модели - в 3(!) раза. Причем FlowVision вел себя хорошо - при отрицательных углах атаки подъемная сила стремилась к нулю. SST модель давала положительную силу. >>>

Егоров М.М: прийти-то я пришел, я же не об этом, я больше о том, что "доверяй, но проверяй" при постановке задачи.

[Miki 3]

по поводу Y+

это был первый вариант сетки с большими Y+

я это указал следующем топике

там же пообещал позже исправиться :)

насчет k-w

конечно есть недостатки, но насколько мне известно требования

по Y+ у k-e модели хуже до 0,2, правда это с стандартными пристен ф-ми,

у Вас ф-ции явно другие, кстати хотелось бы слегка узнать про них

насчет SST и 10%

у нас есть экспериментальные данные по т.н. "вихревым" матрицам

мы промоделировали те же случаи и получили

в области Re= 10 000 - 50 000 совпадение по потерям 7-12% , по теплообмену до 6%

при более низких Re по модели SST несовпадение увеличивалось до 50 %

выше 50 000 не моделировали

однако не стоит думать, что мы получили такие результаты сразу, была серия установочных моделирований после которых определялась оптимальная сетка ( разумно минимальная зависимость решения от размера)

хотя возможно нам просто повезло :))

в других геометриях мы пока не получили такого совпадения

но за редким исключением в 25 % укладываются все

причем по потерям гораздо лучше, чем по теплообмену

а вот и "вихревая" матрица

Изменено 20 января 2004 пользователем Miki

[takedo 1]

Miki:

"тяжелый" пакет решает ту же задачу гораздо быстрее (причем и сетка побольше будет).

FV применяет абсолютно устойчивую схему решения, может увеличить шаг интегрирования? Вот и вопрос к Тесису: до каких чисел Куранта схема обладает сходимостью?

[Miki 3]

FV применяет абсолютно устойчивую схему решения,

смелое утверждение

а вы на FV чего нить серьезное считали ?

вот мы считали и поверьте далеко не всегда все так "абсолютно устойчиво"

а задачи с вращением мы вообще всегда "раскручиваем" потихоньку

иначе сразу вылетает.

а вот к примеру CFX, так себя не ведет

[takedo 1]

Абсолютная устойчивость заявлена у них в описании, хотя, Вы правы, я в это тоже не верю.

[Miki 3]

Вот вытащил из Fluent кое-что по моделям турбулентности.

как смог перевел :)

Модели турбулентности.

Spallart-Allmaras

Экономична для больших сеток. Неточное решение для трех-мерных потоков, свободных течений, течений с сильными отрывами. Применимо для средней сложности (квази-2мерных) внешних и внутренних течений, потоков в погр. слое с градиентами давлений (крыльев, лопастей, фюзеляжей самолетов, ракет и т.д.)

Standart K-E

Устойчивая. Широко применяется, несмотря на известные ограничения модели. Плохо применимо для сложных течений включающие сильные Сp, отрывы, потоков с сильной кривизной. Применимо для начальных приближений, начального анализа вариантов конструкций и параметрического анализа.

RNG k-e

Применимо для сложных сдвиговых течений с высокими напряжениями, умеренных вихрей и потоков с локальными неоднородностями (отрывы пограничных слоев, обширные отрывы и вихреобразование за резко обрывающимися телами, срывами потока в широко угольных диффузорах, вентиляция помещений)

Realizable k-e

Предлагается больше преимуществ и применяется подобно RNG.

Возможно, более точна и обладает лучшей сходимостью, чем RNG.

Standart k-w

Высокие характеристики для пристенных пограничных слоев, низко-Re потоках, Применяется для сложных течений в пограничных слоях при неблагоприятных градиентах давления и отрывах (внешняя аэродинамика и турбомашины). Может применяться для переходных течений ( несмотря на стремление к раннему переходу). Отрывные явления обычно предсказываются избыточными и ранними.

SST k-w

Подобные преимущества, что и у Standart k-w. Зависимость от пристенного расстояния делает её менее применимой для чисто сдвиговых течений.

RSM (Reynolds Stress Models)

Физически более полная чем RANS модели. Избегает допущения о изотропности турбулентной вязкости. Требует больше вычислительных ресурсов (процессора и памяти). Сложно сходиться из-за сильной связи уравнений. Применимо для сложных трехмерных течений с боьшой кривизной, сильным вращением ( изогнутые повороты, вращающиеся каналы, вихревые горелки с большой входной закруткой, циклонов).

P.S. заранее скажу что не со всеми обьяснениями согласен в том числе и по

анализу приводимыми ими же более подробными данными.

Надеюсь с помощью Максима в ближайшее время разместить

оригинал данной статьи для общего доступа

а вот и оригинал данной страницы

Изменено 22 января 2004 пользователем Miki

[Miki 3]

и еще

АДМИИИИН !!!!!

сделайте хотя бы 100 кб для картинок

это ж ужас как надо сжимать

[takedo 1]

Уважаемый Aleks_G!

Внесу маленькое дополнение в вопросу о моделях турбулентности и вихрях:

"Вихри будут появлятся даже при отсутствии всякой модели турбулентности!". Естественно, природа у них будет несколько иная, но!: Если Вы обратите внимание на уравления Навье-Стокса, то заметите, что модель турбулентности используется при решении лишь диссипативных членов этих уравнений(не затрагиваю здесь вопрос об осреднении по времени и т.д), которые являются членами второго порядка малости, соответственно, если считать без них (а это будет уже расчет по уравнениям Эйлера), то Вы получите почти все то же самое, так как произведете расчет членов значительно более значимых, чем второго порядка малости! Да, несомненно, можно привести в пример очень большое количество расчтеных областей, где определяющим фактором в формировании вихревых структур будет именно диссипация энергии, но нельзя же считать, что без модели турбулентности Вы не получите вихрей...

С уважением,

takedo

[Miki 3]

вот нашел некоторые результаты по продувкам симметричного диффузора

в зависимости от модели турбулентности

Изменено 27 января 2004 пользователем Miki

[Miki 3]

картина течения на выходе

Изменено 27 января 2004 пользователем Miki

[Miki 3]

то же на модели K-W

Изменено 27 января 2004 пользователем Miki

[Miki 3]

и потери в диффузоре

в зависимости от модели

Изменено 27 января 2004 пользователем Miki

[Egorov M.M. 0]

и потери в диффузоре

в зависимости от модели

А помоему это больше похоже на коэффициент восстановления давления в диффузоре по различным моделям в зависимости от характеристики геометрии диффузора, т.е. угла расширения или раскрытия диффузора...

P.S. Имеет место следующая тенденция: совпадение расчетного и экспериментального коэффициента восстановления давления лучше совпадения расчетного и экспериментального коэффициента потерь, причем заметно