湍流壁面模型 — CAE术语解释
湍流壁面模型
什么是湍流壁面模型
湍流壁面模型是LES中不解析壁面附近时使用的模型吗?
没错。Wall-Modeled LES(WMLES)是在远离壁面的区域用LES直接解析涡旋,而在壁面附近的粘性底层和缓冲层用模型代替的方法。如果要完全用LES求解,需要在壁面附近将格子细化到 y+ < 1,在高雷诺数情况下计算成本会非常巨大。
用模型代替壁面附近会不会降低精度?
会有一定的精度下降,但通常在可接受的范围内。代表性的壁面模型是使用壁面对数律来推算壁面剪切应力的方法。通过使用壁面模型,可以将 y+ 放松到30~100左右,从而将计算成本降低一个数量级。精度与成本的权衡成为设计上的判断依据。
IDDES与实务应用
听说过IDDES方法。它和WMLES一样吗?
IDDES是Improved DDES(Delayed Detached Eddy Simulation),是融入了WMLES功能的混合RANS-LES方法。壁面附近的边界层用RANS方式求解,分离流和尾流区域用LES方式求解。此外,在边界层内部还采用壁面应力模型,使其作为湍流壁面模型发挥作用。
很复杂呢。实务中应该选择哪一个?
设计验证阶段通常采用RANS或URANS,当需要分离和尾流的详细信息时采用IDDES/DES。对于研究或认证目的需要更高精度时选择WMLES。计算成本按RANS < URANS < IDDES < WMLES < Wall-resolved LES的顺序递增。根据使用目的和预算选择是正确答案。
这和壁面函数也不一样吧?
壁面函数是在RANS中使用的,它允许壁面附近格子较粗,从对数律直接给出壁面边界条件。原理上与壁面模型相似,但LES在此基础上还增加了非稳态大尺度涡的解析,这是根本上的区别。
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