fluent湍流模型不收敛

第十章

各小节的具体内容是： 10．1 10．2 10．3 10．4 10．5 10．6 10．7 10．8 10．9

简介 选择湍流模型 Spalart-Allmaras 模型 标准、RNG和k-e相关模型 标准和SST k-ω模型 雷诺兹压力模型 大型艾迪仿真模型 边界层湍流的近壁处理 湍流仿真模型的网格划分 湍流模型问题的解决方法

湍流模型

本章主要介绍Fluent所使用的各种湍流模型及使用方法。

10．10 湍流模型的问题提出 10．11

10．12 湍流模型的后处理

10．1 简介 湍流出现在速度变动的地方。这种波动使得流体介质之间相互交换动量、能量和浓度变化，而且引起了数量的波动。由于这种波动是小尺度且是高频率的，所以在实际工程计算中直接模拟的话对计算机的要求会很高。实际上瞬时控制方程可能在时间上、空间上是均匀的，或者可以人为的改变尺度，这样修改后的方程耗费较少的计算机。但是，修改后的方程可能包含有我们所不知的变量，湍流模型需要用已知变量来确定这些变量。 FLUENT 提供了以下湍流模型： ·Spalart-Allmaras 模型 ·k-e 模型 －标准k-e 模型 －Renormalizatio

FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理

本文内容摘自《精通CFD工程仿真与案例实战》。实际上也是帮助文档的翻译，英文好的可直接参阅帮助文档。

FLUENT中的湍流模型很多，有单方程模型，双方程模型，雷诺应力模型，转捩模型等等。这里只针对最常用的模型。 1、湍流模型描述

模型 描述 单方程模型，直接解出修正过的湍流粘性，用于有界壁面流Spalart-Allmaras 动的航空领域（需要较好的近壁面网格）尤其是绕流过程；该模型也可用于粗网格。 Standard k-e 双方程模型。是默认的k-e模型，系数由经验公式给出。只对高Re的湍流有效，包含粘性热、浮力、压缩性等选项 标准k-e模型的变形，方程和系数来自解析解。在e方程中RNG k-e 改善了模拟高应变流动的能力；用来预测中等强度的旋游和低雷诺数流动 Realizable k-e 标准k-e模型的变形。用数学约束改善模型的性能。能用于预测中等强度的旋流 两个输运方程求解k与w。对于有界壁面和低雷诺数流动性Standard k-w 能较好，尤其是绕流问题；包含转捩。自由剪切和压缩性选项 SST k-w 标准k-w模型的变形。使用混合函数将标准k-e模型与k-w模型结合起来，包含了转捩和剪切选

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处理

FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理内容摘自《精通CFD工程仿真与案例实战》。实际上也是帮助文档的翻译，英文好的可直接参阅帮助文档。FLUENT中的湍流模型很多，有单方程模型，双方程模型，雷诺应力模型，转捩模型等等。这里只针对最常用的模型。1、湍流模型描述模型描述单方程模型，直接解出修正过的湍流粘性，用于有界壁面流Spalart-Allmaras 动的航空领域尤其是绕流过程；该模型也可用于粗网格。Standard k-e 双方程模型。是默认的k-e 模型，系数经验公式给出。只对高Re的湍流有效，包含粘性热、浮力、压缩性等选项标准k-e模型的变形，方程和系数来自解析解。在e方程中RNG k-e 改善了模拟高应变流动的能力；用来预测--------------------精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，感谢阅读下载--------------------- ~ 1 ~

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FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理

本文内容摘自《精通CFD工程仿真与案例实战》。实际上也是帮助文档的翻译，英文好的可直接参阅帮助文档。

FLUENT中的湍流模型很多，有单方程模型，双方程模型，雷诺应力模型，转捩模型等等。这里只针对最常用的模型。 1、湍流模型描述

模型 描述 单方程模型，直接解出修正过的湍流粘性，用于有界壁面流Spalart-Allmaras 动的航空领域（需要较好的近壁面网格）尤其是绕流过程；该模型也可用于粗网格。 Standard k-e 双方程模型。是默认的k-e模型，系数由经验公式给出。只对高Re的湍流有效，包含粘性热、浮力、压缩性等选项 标准k-e模型的变形，方程和系数来自解析解。在e方程中RNG k-e 改善了模拟高应变流动的能力；用来预测中等强度的旋游和低雷诺数流动 Realizable k-e 标准k-e模型的变形。用数学约束改善模型的性能。能用于预测中等强度的旋流 两个输运方程求解k与w。对于有界壁面和低雷诺数流动性Standard k-w 能较好，尤其是绕流问题；包含转捩。自由剪切和压缩性选项 SST k-w 标准k-w模型的变形。使用混合函数将标准k-e模型与k-w模型结合起来，包含了转捩和剪切选

第三章，湍流模型

第一节， 前言

湍流流动模型很多，但大致可以归纳为以下三类：

第一类是湍流输运系数模型，是Boussinesq于1877年针对二维流动提出的，将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。即：

?u2???t??u1?u1 3－1 ?x2?2???k?ij 3－2 ?3?推广到三维问题，若用笛卡儿张量表示，即有：

??ui?uj??ui?u?j??t????x?j?xi模型的任务就是给出计算湍流粘性系数?t的方法。根据建立模型所需要的微分方程的数目，可以分为零方程模型（代数方程模型），单方程模型和双方程模型。

第二类是抛弃了湍流输运系数的概念，直接建立湍流应力和其它二阶关联量的输运方程。 第三类是大涡模拟。前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡旋进行统计平均。大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes方程，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还采用上述的模型。

实际求解中，选用什么模型要根据

第三章，湍流模型

第一节， 前言

湍流流动模型很多，但大致可以归纳为以下三类：

第一类是湍流输运系数模型，是Boussinesq于1877年针对二维流动提出的，将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。即：

?u2???t??u1?u1 3－1 ?x2?2???k?ij 3－2 ?3?推广到三维问题，若用笛卡儿张量表示，即有：

??ui?uj??ui?u?j??t????x?j?xi模型的任务就是给出计算湍流粘性系数?t的方法。根据建立模型所需要的微分方程的数目，可以分为零方程模型（代数方程模型），单方程模型和双方程模型。

第二类是抛弃了湍流输运系数的概念，直接建立湍流应力和其它二阶关联量的输运方程。 第三类是大涡模拟。前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡旋进行统计平均。大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes方程，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还采用上述的模型。

实际求解中，选用什么模型要根据

计算结果不收敛的原因

——模型、网格、边界条件、迭代方法等都有可能导致结果不收敛。 有时候要让计算结果收敛需要凭经验调整参数，但有时候收敛的计算结果不一定就是一个好的结果。

计算结果不收敛的解决方法——

<1>、一般首先是改变初值，尝试不同的初始化，事实上好像初始化很关键，对于收敛。

<2>、查找网格问题，改善网格质量。 <3>、有时边界条件的设置严重影响收敛性。

<4>、重算至发散前几步，看presure分布，看不出来的话，再算几步, 看看问题大概出在那个区域。然后对这个区域（加密或变稀）进行网格的改善。

<5>、设几个监测点，比如出流或参数变化较大的地方，若这些地方的参数变化很小，就可以认为是收敛了，尽管此时残值曲线还没有降下来。

<6>、调节松弛因子。

怎样判断计算结果是否收敛——

1、监测点处的值不再随计算步骤的增加而变化；

2、各个参数的残差随计算步数的增加而降低，最后趋于平缓； 3、要满足质量守恒（计算中不牵涉到能量）或者是质量与能量守恒

（计算中牵涉到能量）。

特别要指出的是——即使前两个判据都已经满足了，也并不表示已经得到合理的收敛解了，因为如果松弛因子设置得太紧，各参数在每步计算的变化都不是太大，也会使前两个判据得到满足。此时就要再看第三个判据了。

还需要

解决湍流的模型总计就是那几个方程，Fluent又从工程和数值的角度进行了整理，下面就是这些湍流模型的详细说明。 FLUENT 提供了以下湍流模型： ·Spalart-Allmaras 模型 ·k-e 模型 －标准k-e 模型 －Renormalization-group (RNG) k-e模型 －带旋流修正k-e模型 ·k-ω模型 －标准k-ω模型 －压力修正k-ω模型 雷诺兹压力模型 大漩涡模拟模型

几个湍流模型的比较：

从计算的角度看Spalart-Allmaras模型在FLUENT中是最经济的湍流模型，虽然只有一种方程可以解。由于要解额外的方程，标准k-e模型比Spalart-Allmaras模型耗费更多的计算机资源。带旋流修正的k-e模型比标准k-e模型稍微多一点。由于控制方程中额外的功能和非线性，RNGk-e模型比标准k-e模型多消耗10～15%的CPU时间。就像k-e模型，k-ω模型也是两个方程的模型，所以计算时间相同。

比较一下k-e模型和k-ω模型，RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU时间。然而高效的程序大大的节约了CPU时间。RSM模型比k-e模型和k-ω模型要多耗费50～60%

解决非线性分析不收敛的技巧

大家都提到了收敛困难的问题为加速收敛应该注意一下几个问题 : 1 收敛容差ANSYS缺省的收敛准则会根据单元的不同而检查不同的收敛力素和容差例如当采用solid65和link8时,缺省的要检查F和DISP两个力素其容差也是缺省的(Help中有)对于钢筋混凝土结构一般而言其位移比较小仅使用F力素收敛即可但其容差也同时放松一般采用5%即可(缺省是5)命令:cnvtol,f,,0.05,2 2 其它选项的设置

自动时间步打开此选择可以让程序决定子步间荷载增量的大小及其是增加或是减小收敛速度较快(命令autots,1)打开后似乎定义的子步数不起控制作用了

打开线性搜索可以帮助收敛的速度(命令:lnsrch,1) 打开预测器可以帮助收敛的速度(命令red,on)

平衡迭代次数在每一子步中的迭代次数缺省是25,将其增加例如改为50(命令: neqit,50)

NSUBST此值不宜过小否则计算过程中老是调整影响计算速度 当然对于比较简单的算例或是分布模型可能不需要如此多的选项但对于复杂的模型是需要的各位可以试试

影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多：

1、模型——主要是结构刚度的大小。对于某些结构，从概念的角度看，可以认

第三章 Fluent湍流模型介绍

3.1 Fluent中湍流模型概述 3.1.1 湍流模型框架结构

Fluent中湍流的数值模拟方法可以分为直接数值模拟方法和非直接数值模拟方法。所谓直接数值模拟方法是指直接求解瞬时湍流控制方程（3.1）和（3.2）。而非直接数值模拟方法就是不直接计算湍流的脉动特性，而是设法对湍流作某种程度的近似和简化处理。依赖所采用的近似和简化方法不同，非直接数值模拟方法分为大涡模拟、统计平均法和Reynolds平均法。

下图简要概括了湍流模型的分类：

1

图3.1三维湍流数值模拟方法及相应的湍流模型

3.1.2湍流模型概述

3.1.2a直接数值模拟(DNS)

直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,简称DNS)方法就是直接用瞬时的N-S方程对湍流进行计算。DNS的最大好处是无需对湍流流动作任何简化或近似，理论上可以得到相对准确的计算结果。虽然这样计算的误差很小,最能贴近实际工况,但是计算量巨大,网格必须 小于或等于流场中最小的涡结构尺寸。在现有的计算机水平下,该方法只能求解低雷诺数,理想边界条件下简单的流动,很难应用于工程计算。 3.1.2b大涡模拟(LES)

在模拟湍流运动的过程中,一