湍流模型 — CAE术语解说
湍流模型（Turbulence Model）
在CFD中需要选择湍流模型，但种类太多，不知道该用哪个…
这是许多工程师都会经历的问题。湍流模型是为了闭合RANS方程而引入的数学模型，用已知量来近似未知量雷诺应力。"精度"与"计算成本"的权衡是选择的基础。
定义
为什么需要湍流模型？直接求解Navier-Stokes方程不就行了？
理想情况下确实如此，但湍流涡存在于非常小的尺度上，直接数值模拟（DNS）对于汽车外部流动的一个案例需要数百亿个网格。为了用现实的计算成本求解问题，我们需要对小涡的影响进行建模。
分类和代表模型
请介绍主要的湍流模型种类。
主要分为3个类别。
- Spalart-Allmaras (SA)：1方程模型。广泛应用于飞机外部空气动力学
- Standard k-ε：2方程模型。工业CFD的经典模型，适合内部流动
- k-ω SST：2方程模型。自动切换壁面附近和外部流动。现在工业CFD的标准
k-ε模型的输运方程如下所示。k表示湍流能量，ε表示其耗散率。
从这个方程怎样将湍流效应反映到流动计算中？
从k和ε计算涡粘性 μ_t = ρ * C_μ * k²/ε，然后叠加到分子粘性上。这样就能近似湍流产生的动量混合效应。这就是Boussinesq假设的基本思想。
k-ω SST通过混合函数F1在壁面附近和外部流动之间自动切换。
在实际工作中如何选择模型？
不确定时首先使用SST k-ω是最安全的选择。它在壁面附近精度高，分离预测也远优于k-ε。对于飞机外部流动，SA也是标准模型。对于旋转流或强各向异性情况，雷诺应力模型（RSM）更有利，但计算成本会增加2-3倍，需要权衡成本。
从SST k-ω开始是个好主意。模型选择的标准变得清晰了。
正是这样。重要的是要理解"不存在通用的湍流模型"。应该根据要求解的流动特征来选择模型，并且如果可能的话，用实验数据进行验证。这种态度很重要。
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