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流体分析中k-epsilon是什么意思?

2021-05-14 50

  k-epsilon是湍流模式理论中的一种,简称k-ε模型。k-epsilon湍流模型是最常见的湍流模型。
  k-epsilon湍流模型属于二方程模型,它适合完全发展的湍流,对雷诺数较低的过渡情况和近壁区域则计算结果不理想。常见的k-ε模型有:
  ① 标准的k-ε模型:
  最简单的完整湍流模型是两个方程的模型,要解两个变量,速度和长度尺度。在FLUENT中,标准k-ε模型自从被Launder and Spalding提出之后,就变成工程流场计算中主要的工具了。适用范围广、经济、合理的精度。它是个半经验的公式,是从实验现象中总结出来的。
  湍动能输运方程是通过精确的方程推导得到,耗散率方程是通过物理推理,数学上模拟相似原型方程得到的。
  应用范围:该模型假设流动为完全湍流,分子粘性的影响可以忽略,此标准κ-ε模型只适合完全湍流的流动过程模拟。
  ② RNG k-ε模型:
  RNG k-ε模型来源于严格的统计技术。它和标准k-ε模型很相似,但是有以下改进:
  a、RNG模型在ε方程中加了一个条件,有效的改善了精度。
  b、考虑到了湍流漩涡,提高了在这方面的精度。
  c、RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式,然而标准k-ε模型使用的是用户提供的常数。

  d、标准k-ε模型是一种高雷诺数的模型,RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些公式的作用取决于正确的对待近壁区域。
  这些特点使得RNG k-ε模型比标准k-ε模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。
  ③ 可实现的k-ε模型:
  可实现的k-ε模型比起标准k-ε模型来有两个主要的不同点:
  a.可实现的k-ε模型为湍流粘性增加了一个公式。
  b.为耗散率增加了新的传输方程,这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程。  

  应用范围:
  可实现的k-ε模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。
  可实现的k-ε模型和RNG k-ε模型都显现出比标准k-ε模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。由于带旋流修正的k-ε模型是新出现的模型,所以还没有确凿的证据表明它比RNG k-ε模型有更好的表现。但是最初的研究表明可实现的k-ε模型在所有k-ε模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。
  该模型适合的流动类型比较广泛,包括有旋均匀剪切流,自由流(射流和混合层),腔道流动和边界层流动。对以上流动过程模拟结果都比标准k-ε模型的结果好,特别是可再现k-ε模型对圆口射流和平板射流模拟中,能给出较好的射流扩张。k-e模型,一种湍流模型
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