涡粘性 — CAE用语解说
涡粘性
CFD结果中「涡粘性比超过1000,需要重新检查」这样的说法,涡粘性到底是什么?
定义
虽然说是湍流的「表观粘性」,但还是不太明白。与分子粘性有什么区别呢?
分子粘性是流体分子通过随机运动输送动量的效应,对吧。涡粘性(湍流粘性)是将湍流涡以宏观方式混合动量的效应「就像粘性增加一样」表现出来的概念。Boussinesq假设「湍流应力与平均速度梯度成比例」是出发点,其比例常数就是μ_t(涡粘性系数)。
明白了,湍流混合效应用粘性增加的方式表现出来。k-ε模型中 μ_t = ρC_μk²/ε 来计算吗?
是的。k是湍流动能,ε是其耗散率,C_μ的标准值是0.09。涡粘性比(μ_t/μ)通常为数百到数千,但如果太大的话,往往说明分析结果不够物理合理,所以前辈才会指出这一点。
流体解析中的作用
涡粘性过大会对CFD分析造成什么问题呢?
涡粘性过度高估会使流场变得「过度粘滞」,导致分离和再附着的位置与实验结果产生偏差。例如在汽车尾部或建筑物周围的流场分析中,涡粘性的高估会使尾流宽度不合理地扩大,造成阻力(拖力)预测过高等非物理现象。
那涡粘性大小如何控制呢?用户应该不是直接设定的吧?
涡粘性由乱流模型的选择和网格品质决定。k-ε模型容易高估涡粘性,而k-ωSST对分离流更合适。另外入口边界的湍流强度设置也会产生影响,需要特别注意。
相关用语
为了理解涡粘性,还需要了解哪些其他概念呢?
掌握CFD基础和湍流模型的整体概念很重要。涡粘性是其中的基础概念。
通过观察涡粘性比的等高线图就能检查乱流模型的合理性了吧。
完全正确。后处理时可视化涡粘性比是品质检查的基本工作,一定要养成习惯。
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