湍流控制的案例
天然氣鍋爐燃燒數學模型的建立及驗證試驗設計
EBU-Arrhenius模型突出了湍流混合對燃燒速率的控制作用，并且簡單直觀，其缺點是該模型低估了分子輸運和化學動力學因素的影響，一般只適用于高雷諾數的湍流燃燒過程。
針對旋渦破碎模型的不足之處，Spalding在1976年提出了所謂的“拉切滑模型”（Stretch-cut-and-slide Model）。它的基本思想是：第一，在預混火焰中充滿著包括不同比例的未燃氣和已燃氣的微團，微團內部的這種不均勻性的尺度在湍流作用下不斷被反復進行的拉伸、切割和滑動而有所減??；第二，在微團內部的已燃氣和未燃氣的交界面上存在著火焰，它以相應的層流火焰傳播速度向未燃部分傳播。拉切滑模型引入了拉伸作用和層流火焰傳播速度對湍流燃燒速率的影響，是對旋渦破碎模型的發展。它與旋渦破碎模型一樣定量地描述了流動因素在高雷諾數湍流燃燒中的控制作用，形式比較簡單，它們的主要不足是忽略或未能恰當的考慮分子輸運和化學動力學因素的作用，沒有給出湍流和化學反應相互作用的物理圖案，沒有體現湍流脈動的統計特征。同時，這種思想無法解決復雜化學反應的計算，因為湍流對每一個基元反應的正逆反應率的影響不會相同，而通過設想和分析找到多個反應速率的模擬表達式幾乎是不可能的。
1976年，Magnussen提出渦團耗散模型(Eddy Dissipation Model)。其基本思想是：當氣流渦團因耗散而變小時，分子之間碰撞機會增多，反應才容易進行并迅速完成，故化學反應速率在很大程度上受湍流的影響，而且反應速率還取決于渦團中包含燃料、氧化劑和產物中濃度值最小的一個。
展開 《計算流體動力學分析(CFD軟件原理與應用)》
第1章 計算流體動力學基礎知識 1
1.1 計算流體動力學概述 1
1.1.1 什么是計算流體動力學 1
1.1.2 計算流體動力學的工作步驟 2
1.1.3 計算流體動力學的特點 2
1.1.4 計算流體動力學的應用領域 3
1.1.5 計算流體動力學的分支 4
1.2 流體與流動的基本特性 4
1.2.1 理想流體與粘性流體 4
1.2.2 牛頓流體與非牛頓流體 5
1.2.3 流體熱傳導及擴散 5
1.2.4 可壓流體與不可壓流體 6
1.2.5 定常與非定常流動 6
1.2.6 層流與湍流 6
1.3 流體動力學控制方程 7
1.3.1 質量守恒方程 7
1.3.2 動量守恒方程 7
1.3.3 能量守恒方程 9
1.3.4 組分質量守恒方程 10
1.3.5 控制方程的通用形式 11
1.4 對控制方程的進一步討論 11
1.4.1 湍流的控制方程 12
1.4.2 守恒型控制方程 12
1.4.3 非守恒型控制方程 12
1.5 CFD的求解過程 13
1.5.1 總體計算流程 13
1.5.2 建立控制方程 13
1.5.3 確定邊界條件與初始條件 14
1.5.4 劃分計算網格 14
1.5.5 建立離散方程 14
1.5.6 離散初始條件和邊界條件 15
1.5.7 給定求解控制參數 15
1.5.8 求解離散方程 15
1.5.9 判斷解的收斂性 15
1.5.10 顯示和輸出計算結果 16
1.6 CFD軟件結構 16
1.6.1 前處理器 16
1.6.2 求解器 17
1.6.3 后處理器 17
1.7 常用的CFD商用軟件 18
1.7.1 PHOENICS 18
1.7.2 CFX 19
1.7.3 STAR-CD 20
1.7.4 FIDAP 21
1.7.5 FLUENT 21
1.8 本章小結 22
1.9 復習思考題 23
第2章 基于有限體積法的
展開 CFD基礎課程系列(3)：第3章第3部分 層流、湍流和雷諾數
當流體的粘性系數小流速大的時候，雷諾數就會比較高，流體成為湍流。
對于圓管流動，從層流過渡到湍流的雷諾數大致在2,000 ～ 4,000 左右。但是需要注意的是，這個值與流動的狀態和條件有很大關系，只能作為一個大致的范圍估計。
最后我們來觀察一下身邊的層流和湍流現象。圖3.18所示，我們一起來看一下騎自行車時的狀態。
圖3.18 騎自行車的例子
周圍的流體為空氣，我們計算一下雷諾數。
得到的雷諾數約為40萬，大大超過了剛剛介紹的估計范圍2,000 ～ 4,000。由此可以想象我們身邊看到的流體流動很多都是湍流。
湍流有增大阻力和噪音的缺點，也具有促進熱傳遞和混合的作用。所以在產品設計中適當的控制湍流就變得很重要。
下一章作為熱仿真的基礎，我們將介紹溫度與熱，浮力，自然對流和強制對流，熱傳導等概念。
展開 關于CFD計算網格的一些知識（二）
4）壁面和近壁面網格處理原則
在解決流體力學問題時，多采用湍流模型來處理，需要注意的是湍流模型一般是針對充分發展的湍流，一般應用于高 Re 數的流動中。但是，一般近壁區由于黏性的作用，Re數往往并不大，湍流的發展不充分，脈動項不如黏性項的作用大，所以近壁區一般不能用湍流模型來簡單處理，需要對近壁區采取特殊處理。在劃分網格時就需要注意這一點。
壁面邊界層
對于有壁面的流動，一般分為近壁區和核心區進行考慮，近壁區主要是未充分發展的湍流，而核心區則是充分發展的湍流。近壁區由于受到壁面的影響，可以分為三個部分：
(1）黏性底層
黏性底層是緊貼壁面的一層極薄的流體，在黏性底層的流動中，能量、質量和動量的交換主要是黏性力的作用，可以忽略湍流切應力，看成是層流流動。在黏性底層平行于壁面分析的速度分量沿壁面法線方向呈線性分布。
(2）過渡層
過渡層是在黏性底層之外對數層之間的一層流體，過渡層中，黏性力和湍流切應力的作用處在同一個量級，流動的情況比較復雜，但是過渡層非常薄，在實際中，過渡層一般作為對數層來處理。
(3）對數層
對數層是近壁區的最外層，黏性力的影響不明顯，主要是受湍流切應力的控制，湍流基本處于充分發展的狀態，流速的分布接近對數規律。
ANSYS FLUENT處理近壁區的流動時，采用的是壁面函數法，有標準壁面函數法、非平衡壁面函數法和增強壁面函數法，壁面函數法的本質是在黏性底層直接按照半經驗公式求解，而在對數層應用湍流模型來求解。
(1）標準壁面函數法
標準壁面函數法利用對數校正法提供了必需的壁面邊界條件。
優點：
應用廣泛、計算量較小，適用性更強，精度較高。
展開 
CFD學習：螺線管矢量場
確保湍流和矢量場分析的準確性
CFD 工具有助于使用各種模型（例如RANS、LES或 DNS 模型）來評估螺線管矢量場中的湍流行為?？梢愿鶕鲬B和所需的精度水平來選擇模型。納維-斯托克斯方程和湍流方程等控制流方程可以準確地應用于流場，并在運行模擬時使用迭代方法求解。這使工程師能夠捕獲尾流、渦流和渦流的細節，并分析流場內的速度和壓力變化以及湍流強度。
通過深入了解湍流行為和螺線管矢量場，可以設計和優化流固耦合，從而提高流體系統的效率和性能。
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文章來源：cadence博客
展開 Fluent中的氣動聲學模型
噪聲源模型所需要的是典型的RANS模型所提供的物理量（如平均速度場、湍動能和湍流耗散率等）。因此使用寬帶噪聲源模型需要計算資源較少。
Ansys研究顯示超60%的消費者擔憂二氧化碳排放問題
縮短的飛行時間讓消費者顯著受益，因為有50%的受訪者表示，過去受限于長途飛行，他們還沒能去過某些地方
超過一半的消費者（57%）表示，希望人生中有機會可以乘坐電動垂直起降（eVTOL）飛機，并列舉了其在日常通勤中的潛在優勢，包括減少壓力（27%）、路怒（26%）和碳足跡（35%）等
有近一半（47%）的消費者表示，希望在有生之年乘坐自動駕駛飛機
安全性
盡管對乘坐自動駕駛飛機充滿期待，但有57%的消費者表示，他們最擔心的是沒有飛行員應對潛在的外部或內部問題，比如湍流和飛行控制
對于SAF動力飛機等替代性飛機，有一半的消費者擔心技術尚未得到驗證，有近40%害怕出現出現技術故障
Ansys的可持續航空調研展示了消費者對航空業的碳足跡、未來飛行和安全性的態度
Ansys全球銷售與客戶卓越部高級副總裁Walt Hearn表示：“在航空業進行轉型以滿足消費者需求并實現環保目標的過程中，消費者調研至關重要。Ansys仿真解決方案不僅能幫助工程師構建更清潔、更智能的系統，而且還能幫助制造商與消費者建立信任關系。通過利用仿真對新技術進行虛擬測試和驗證，飛機制造商可以證明可持續替代方案的可行性，讓消費者對存在不確定性的領域建立起信心，并為安全高效的新一代航空旅行帶來更多可能性。”
展開 FLUENT水下推進器螺旋槳計算
3 邊界條件與求解設置
采用默認的SST k-ω湍流模型，控制壁面的Y+接近1。
我們設定進口流速0.3m/s，類比風洞試驗，該速度也是表征推進器和母裝備（潛艇、船只）以0.3m/s的速度前進。本案例的進口速度方向為-Z，則推進器移動方向為+Z。
本案例采用MRF多運動參考坐標系方法模擬動域，該方法為穩態計算，求解時間相對較短。當然也可以用滑移網格（mesh motion），只能瞬態計算，但是，可以模擬實際運動狀態。按下圖設定旋轉域的角速度，FLUENT角速度的方向采用右手定則。本案例設置的旋轉軸為+z，角速度為負值，實際上旋轉軸為-Z，根據右手定則，表示的旋轉方向如圖所示。
螺旋槳的壁面設定為運動壁面，運動參數設置如下，表示螺旋槳和動域一起旋轉。
其他面設置為自由滑移壁面，也可設置為對稱邊界。
設置一個監視器，監測螺旋槳壁面的推力。
其它求解設置默認，建議對于該問題，壓力速度耦合采用coupled算法，收斂性更好。
4 計算結果
我們先看一下殘差曲線，和推力監測曲線，可以看到收斂效果還不錯，如果收斂性很差，首先考查一下是不是網格質量問題。
螺旋槳壁面的靜壓力以及附近的速度矢量如下，可以看到介質旋轉并向-Z方向運動，根據前面設定的轉動方向，葉片在迎面上的壓力大于背面的壓力，這樣根據葉片的形狀，會產生+Z方向的推力，這也符合動量守恒定律。
展開 6月25-27日 成都 | Fluent 流體湍流場仿真工程應用
湍流模擬的難點及處理思路
4. 邊界層理論
湍流模擬
了解湍流模擬中的重難點問題
1. RANS模型及尺度解析模型
2. 渦粘假設
3. 湍流模型的選擇策略
4. 幾種最常用的湍流模型介紹
5. 壁面函數及壁面模型介紹
6. 轉捩模型介紹
Fluent湍流仿真
掌握利用Fluent模擬湍流問題的一般流程
1. 邊界層網格生成實踐
2. 壁面函數對比實踐
3. 湍流模型相關UDF編寫
4. 湍流計算收斂性控制
5. 湍流后處理實踐
案例練習
利用案例掌握湍流模擬中的設置流程及調試技巧
案例1：平板邊界層計算
案例2：管道壓力降計算
案例3：翼型升阻力計算
案例4：彎管二次流計算
案例5：圓柱繞流計算
案例6：旋風分離器計算
案例7：翼型轉捩計算
案例8：湍流后處理練習
培訓收費有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
收費標準
A類：3980元/人（含結業證書一本）
B類：5580元/人（含培訓費、證書費）
證書：可選擇申報AXKG 全國職業技能考試鑒定中心頒發《CAE 仿真應用工程師》職業技能等級證書；費用 1600 元/每人，可作為在本行業專業崗位職業能力考核的證明，也在崗位聘用、任職、定級和晉升職務中作為重要依據。
展開 湍流建模|01工程湍流模型（下）
在這些流動中，湍流由Navier-Stokes方程控制，因此原則上我們可以對其進行求解，但是需要求解所有尺度，從耗散到Kolmogorov尺度到平均流動尺度，會導致數值仿真成本太高，不適用于工業應用。
RANS是其中一種方法用于消除湍流尺度，其控制方程為雷諾平均Navier-Stokes方程。為了得到封閉的方程組，需要對這些方程組中的雷諾應力項進行建模，使方程組封閉。
CFD湍流模型介紹-下
在這些流動中，湍流由Navier-Stokes方程控制，因此原則上我們可以對其進行求解，但是需要求解所有尺度，從耗散到Kolmogorov尺度到平均流動尺度，會導致數值仿真成本太高，不適用于工業應用。
RANS是其中一種方法用于消除湍流尺度，其控制方程為雷諾平均Navier-Stokes方程。為了得到封閉的方程組，需要對這些方程組中的雷諾應力項進行建模，使方程組封閉。
文章來源：BB學長
電廠閥門泄漏的計算流體力學仿真研究
湍流采用雷諾平均控制方程的Favre方法建模[13]。
穩態的不可壓縮的單相流控制方程組包括質量、動量、能量和k-ε湍流方程：
其中，ρ是流體密度，u是速度矢量，p是流體的壓力，τ是應力張量，k是流體的導熱系數，T是流體的溫度，K是流體的湍動能，μ和μT分別是流體的動力黏度和湍流的動力黏度，σK是K的湍流普朗特數，ε是湍流耗散率，σε是ε的湍流普朗特數，GK表示由平均速度梯度產生的湍流動能，Gb是由浮力產生的湍流動能，最后，C1ε、C2ε、C1ε常數取決于使用的k-ε湍流模型。
2 計算步驟
通常，對于電廠中管路內部流體復雜的流動，通過試驗進行可視化是很困難的，但疏水閥門內漏也會給企業造成巨大的損失。因此，本文利用Solidworks軟件進行疏水管道的三維建模，假設閥門處有輕微泄漏，故出口假設成一根微小的管路，相較于輸水管路內徑可以忽略不計；用ANSYS ICEM CFD進行網格劃分和流體域、固體域的創建，用商業軟件Fluent進行管內流場的模擬，具體計算步驟如圖2所示。
圖2 閥門監測計算步驟
Fig.2 Calculation steps of valve monitoring
本文采用基于壓力的求解器求解管道內流體流動，壓力的求解器被用在低速不可壓縮流動中。近壁面的處理和y+的設置在不同的湍流模型中有不同的差異，主要取決于使用的湍流模型，由于數學結構的特點，本文采用的k-ω湍流模型不需要近壁面處理。入口邊界條件設置為速度入口，出口邊界條件為壓力出口。將湍流邊界條件設置為水力直徑和湍流強度。在壓力-速度耦合項，采用SIMPLE方法對壓力求解，擴散項采用二階中心差分格式，對流項采用二階迎風格式，當質量方程、動量方程和能量方程的殘差都小于10-6時，可視為計算收斂[14]。
展開 空氣炸鍋內流場的CFD模擬方法和分析
1 基本控制方程及研究對象
1.1 CFD基本控制方程
在數值模擬中，流體介質為無粘不可壓縮空氣，流體運動嚴格遵守物理守恒定律?？刹捎肗avier-Stokes控制方程進行描述：
（1）質量守恒方程（連續性方程）
（2）動量守恒方程
其中，ρ為流體的密度；t為時間；為速度矢量；p為流體微元體上的壓力；τxz、τxy、τxz為分子粘性作用在微元體表面上的粘性應力τ的分量；Fx、Fy、Fz為微元體上的體積力；選取標準k-ε湍流模型與以上控制方程組形成封閉方程組，通過對該方程組進行求解，獲得空氣炸鍋內部的流體流動的模型。
1.2 研究對象建模及基本假設
在計算過程中，選取空氣炸鍋內部的流場區域作為數值計算的物理原型，對固體邊界的設定按照實物進行繪制?？諝庹ㄥ亙炔康牧黧w域與主要結構物進行建模。
展開 ”十三五“流體力學學科重點發展戰略
主要研究內容包括：
充分認識超聲速 / 高超聲速條件下的湍流現象，研究湍流的影響因素和產生機理。
研究高超聲速流動轉捩機理、各種不穩定擾動模態的相互作用機理、轉捩位置的預測，建立和發展普適性更廣的湍流和轉捩模型，包括化學反應的燃燒模型，建立有效的轉捩預測方法。
建立基于湍流機理的流動控制方法，進行湍流抑制或增強，達到對流動分離和非定?，F象進行控制的目的。
研究與高超聲速飛行器構型相關的流動穩定性特性，以及高溫引起的氣體物性變化對流動穩定性的影響，發展基于流動穩定性理論的轉捩預測方法。
開展可壓縮湍流模式的試驗驗證及數值模擬研究，準確預測高速飛行器的摩擦阻力和氣動熱環境。
2、非定常流動的機理及控制
非定常流所要研究的是流動特性隨時間變化的物理過程，運動學和動力學特性依賴于各種限制條件和流動的整個歷史過程，與工程問題密切相關。物體的非定常運動，經常伴隨著流動分離、剪切層和旋渦的產生、演化及相互作用，具有強的非線性特性，出現了一系列重要的流動現象，如動邊界及流固耦合、渦與邊界層的相互作用機理及演化、流體界面演化與失穩及激波和旋渦共存的復雜流動等。多種因素的相互影響和制約，以及流動控制技術的發展，為實施流動控制和改善流動特性提供了多種可能的方法和途徑。
主要研究內容包括：
動邊界及流固耦合的非定常流動特性及其控制，包括運動固體或柔性體邊界、主動或被動變形的物體表面等。
復雜多介質間界面的演化與失穩，以及介觀三相接觸線與宏觀流動、界面運動間相互作用機理的高精度實驗、數值模擬和理論分析。
以激波、轉捩、湍流和旋渦分離流為主要特征的復雜非定常流動，邊界層分離形成的剪切層不穩定性及其發展、尾流剪切層的相互誘導以及射流剪切層的混摻效應等。
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