Spalart-Allmaras — CAE用语解释
Spalart-Allmaras
我在做翼周围的CFD分析时,师傅让我用"Spalart-Allmaras模型",请问它与k-ε和k-ω有什么不同?
最大的区别是方程的数量。k-ε和k-ω需要求解湍流能量k及其耗散率的两个输运方程,而Spalart-Allmaras(SA)模型只需要求解涡粘性本身的一个输运方程。由于方程较少,计算更轻,收敛也更快。因此它特别适合于机翼或涡轮叶片等壁面边界层占主导的流动。
定义
既然只需一个方程就行,是不是什么时候都可以用SA模型呢?
并不是这样。SA模型在壁面附近的边界层计算中很强,但在自由剪切流(喷流或尾流)和含有大规模分离的流动中精度会下降。例如,对于汽车后方尾流这样的复杂三维分离,SST k-ω模型可能更合适。可以把SA模型看作"专门优化用于附着流动的专家"。
流体解析中的作用
为什么航空工业特别喜欢SA模型?
这是因为该模型最初是由NASA的Spalart和来自Boeing的Allmaras为飞机设计开发的。它在阻力预测中精度很高,在AIAA拖曳预测研讨会中也被用作标准模型。对于巡航状态下机翼表面边界层这样几乎完全附着的壁面湍流,这确实是最好的选择。
与k-ε模型相比,网格要求有什么不同?
SA模型作为低Reynolds数模型的标准用法是推荐y+≈1的壁面第一层。虽然也有壁函数模式,但要充分发挥模型的优势,最好还是采用足够解析壁面的网格。
SA模型在RANS框架内工作,所以需要求解的Navier-Stokes方程本身是相同的。
相关术语
SA模型有派生版本吗?我听说在DES里也用到…
问得好。DES(分离涡模拟)实际上是以SA模型为基础的。在壁面附近使用RANS的SA模型,而在远离壁面的区域则以LES方式运行,这是一种混合方法。这样可以处理大规模分离,比如战斗机高迎角飞行的分析中就会用到。
既然SA模型是为附着流动优化的,那它在翼部分析中的信誉就来自于此。我先从确认y+值开始。
完全正确。不确定的时候,先用SA模型收敛求解,根据需要再切换到SST,这是最高效的做法。
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