Model turbulensi dapat membuat perbedaan besar dalam simulasi Anda . Ada banyak model turbulensi di sekitar. Menjadi pekerjaan yang sulit untuk memilih satu dari mereka.
Tidak ada model turbulensi yang sempurna. Itu semua tergantung pada beberapa parameter seperti angka Reynold, apakah aliran dipisahkan, gradien tekanan, ketebalan lapisan batas dan sebagainya. Dalam jawaban ini, informasi singkat tentang beberapa model populer diberikan bersama dengan pro dan kontra dan aplikasi potensial. Namun, pengguna yang tertarik dapat melihat situs web NASA yang luar biasa ini dan referensi di dalamnya untuk mengetahui lebih banyak tentang pemodelan turbulensi.
A) SATU MODEL PERSAMAAN:
1. Spalart-Allmaras
Model ini memecahkan satu variabel tambahan untuk viskositas Spalart-Allmaras. Menurut dokumen NASA , ada banyak modifikasi dalam model ini yang ditargetkan untuk tujuan tertentu.
Kelebihan : Memori kurang intensif, Sangat kuat, konvergensi cepat
Cons : Tidak cocok untuk aliran terpisah, lapisan geser bebas, turbulensi peluruhan, aliran internal yang kompleks
Kegunaan : Komputasi dalam lapisan batas, seluruh alur aliran jika pemisahan ringan atau tidak ada, aerospace dan aplikasi mobil, untuk perhitungan awal sebelum menuju ke model yang lebih tinggi, perhitungan aliran kompresibel
Penerapan pada kasus Anda : kandidat yang baik untuk mengurangi waktu simulasi. Anda dapat memprediksi hambatan dengan model ini. Namun, jika Anda tertarik untuk mengetahui wilayah pemisahan aliran, model ini tidak akan memberikan hasil yang sangat akurat.
________________________________________________________________________________
B) MODEL DUA-PERSAMAAN:
- ϵk - model turbulensi:ϵ
Sebuah tujuan umum Model. Model ini memecahkan energi kinetik ( ) dan disipasi turbulen ( ). Persamaan untuk model ini dapat ditemukan di halaman cfd-online ini. Model ini membutuhkan fungsi dinding untuk dihitung untuk implementasi. Hanya cocok untuk aliran penuh turbulen.ϵkϵ
Kelebihan : mudah diimplementasikan, konvergensi cepat, memprediksi aliran dalam banyak kasus praktis, bagus untuk aerodinamika eksternal
Cons : Tidak cocok untuk jet axi-symmetric, aliran vortex dan pemisahan yang kuat. Sensitivitas sangat rendah untuk gradien tekanan yang merugikan, sulit untuk memulai (perlu inisialisasi dengan Spalart-Allmaras), tidak cocok untuk aplikasi dekat dinding
Penggunaan : Cocok untuk iterasi awal, baik untuk aliran eksternal di sekitar geometri kompleks, baik untuk lapisan geser dan aliran bebas dinding tanpa pembatas
Penerapan dalam kasus Anda : Meskipun model ini baik untuk perhitungan luar bluff body, hanya cocok untuk aliran turbulen. Karena kecepatannya rendah, flow akan mengalami transisi dari laminar ke turbulent (maks menggunakan kalkulator ini ). Anda mungkin mendapat manfaat lebih baik dengan varian seperti model - dapat direalisasi . k ϵRe=1.98∗106kϵ
2. model turbulensi -ωkω :
Memecahkan untuk dan frekuensi turbulensi . Memberikan hasil yang lebih baik untuk aliran dekat dinding. Memprediksi transisi (meskipun terkadang lebih awal). Cukup sensitif terhadap tebakan awal dan karenanya beberapa iterasi awal dilakukan dengan model - . Artikel ini memberikan perawatan dekat dinding untuk model ini. ω k ϵkωkϵ
Kelebihan : Sangat baik untuk lapisan batas, bekerja dalam gradien tekanan yang merugikan, bekerja untuk aliran terpisah yang kuat, jet dan lapisan geser bebas
Cons : Waktu yang diperlukan untuk konvergensi lebih, memori intensif, Membutuhkan resolusi mesh di dekat dinding, memprediksi pemisahan awal dan berlebihan
Penggunaan : Aliran internal, Aliran pipa, Aliran jet, vortisitas
Penerapan dalam kasus Anda : Tidak sepenuhnya cocok untuk kasus Anda karena nilai lapisan batas sangat bergantung pada aliran bebas . Ini membutuhkan kisi yang sangat halus untuk menyelesaikan dan karenanya waktu komputasi yang lama. Juga tidak memperhitungkan pengangkutan tegangan geser turbulen.ω
3. - SSTωkω
Terbaik dari kedua dunia! Model ini memiliki fungsi blending yang menggunakan - dekat dinding dan - di aliran bebas. Itu tidak menggunakan fungsi dinding.
Semua varian model ini dapat ditemukan di halaman NASA ini .ω k ϵkωkϵ
Kelebihan : Akun untuk tegangan geser turbulen sambil memberikan semua manfaat model - , Prediksi pemisahan dan transisi yang sangat akurat, aliran bebas yang sangat baik serta hasil lapisan batasωkω
Cons : Tidak cocok untuk geser bebas dan aliran vortex sebanyak standar - , Tidak cocok untuk aliran jet, Membutuhkan resolusi fine mesh dekat dindingωkω
Penggunaan : Aerodinamika eksternal, aliran terpisah, lapisan batas dan gradien tekanan negatif
Penerapan dalam kasus Anda : Sangat berlaku. Jika Anda menginginkan hasil yang lebih baik, gunakan varian sst model yang menggunakan - RNG atau model yang dapat direalisasikan dari dindingϵkϵ
Jadi model mana yang paling tepat?
Dugaan saya adalah model - SST. Karena itu akan memberikan transisi, pemisahan yang lebih baik dan bekerja bahkan di bawah gradien tekanan yang merugikan, Anda akan mendapatkan hambatan gesekan kulit yang lebih baik . Pada saat yang sama, itu bekerja jauh dari dinding, yang akan memberi Anda tekanan yang baik dan karenanya hambatan parasit . Anda akan mendapatkan visualisasi aliran yang lebih baik. Anda dapat menggunakan model Spalart-Allmaras dengan sangat baik, tetapi jika Anda melihat studi ini , Anda akan melihat seberapa besar perbedaan yang dibuat oleh model SST.ωkω
Dan jangan mengambil kata-kata saya untuk itu. Sebuah laporan tentang ' Analisis Aerodinamika dan Evaluasi Koefisien Seret dari Pengendara Sepeda Time-Trial ' menggunakan model SST. Makalah ini membandingkan semua hasil model turbulensi untuk aerodinamika pengendara sepeda dan sampai pada kesimpulan bahwa model SST memberikan hasil keseluruhan terbaik. Saya mengutip hasil ini karena angka Reynold bijak dan dimensi bijaksana, sepeda lebih mendekati kasus Anda, di mana banyak studi tersedia.
kϵkϵkϵ
Jika Anda memiliki sumber daya komputasi yang lebih baik, gunakan LES . Tapi saya merasa itu tidak diperlukan dalam kasus ini dan mungkin tidak sesuai. Saya tidak punya pengalaman dengan LES, jadi tidak bisa berkomentar.
Beberapa sumber daya yang menarik:
Rumah FOAM : Jika Anda ingin mempelajari OpenFOAM langkah demi langkah
Kemajuan terbaru pada pemodelan numerik arus turbulen
21st
Model Turbulensi dan Penerapannya pada Aliran Kompleks
Semua yang terbaik!
Bersulang!