O modelo de turbulência pode fazer uma grande diferença na sua simulação . Existem muitos modelos de turbulência por aí. Torna-se um trabalho difícil selecionar um deles.
Não existe um modelo de turbulência perfeito. Tudo depende de vários parâmetros, como o número de Reynold, se o fluxo é separado, gradientes de pressão, espessura da camada limite e assim por diante. Nesta resposta, são fornecidas informações breves sobre alguns modelos populares, além de prós e contras e possíveis aplicativos. No entanto, os usuários interessados podem ver este excelente site da NASA e suas referências para saber mais sobre modelagem de turbulência.
A) MODELO DE UMA EQUAÇÃO:
1. Spalart-Allmaras
Este modelo resolve uma variável adicional para a viscosidade de Spalart-Allmaras. De acordo com um documento da NASA , há muitas modificações neste modelo direcionadas para fins específicos.
Prós : menos memória, muito robusta, convergência rápida
Contras : Não é adequado para fluxo separado, camadas de cisalhamento livre, turbulência em decomposição, fluxos internos complexos
Usos : Computações em camadas limite, campo de fluxo inteiro, se a separação for suave ou inexistente, aplicações aeroespaciais e automotivas, para cálculos iniciais antes de ir para um modelo mais alto, cálculos de fluxo compressíveis
Aplicabilidade ao seu caso : um bom candidato para reduzir o tempo de simulação. Você pode prever o arrasto razoavelmente bem com este modelo. No entanto, se você estiver interessado em conhecer a região de separação de fluxo, este modelo não fornecerá resultados altamente precisos.
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B) MODELOS DE DUAS EQUAÇÕES:
- ϵk - modelo de turbulência:ϵ
Um modelo de uso geral . Este modelo resolve a energia cinética ( ) e a dissipação turbulenta ( ). As equações para esses modelos podem ser encontradas nesta página cfd-online. Este modelo requer que funções de parede sejam computadas para a implementação. Adequado apenas para fluxos totalmente turbulentos.ϵkϵ
Prós : simples de implementar, convergência rápida, prevê os fluxos em muitos casos práticos, bom para aerodinâmica externa
Contras : Não é adequado para jatos axi-simétricos, fluxos de vórtice e forte separação. Sensibilidade muito baixa para os gradientes de pressão adversa, difícil de iniciar (precisa de inicialização com Spalart-Allmaras), não é adequado para aplicações perto da parede
Usos : Adequado para iterações iniciais, bom para fluxos externos em torno de geometrias complexas, bom para camadas de cisalhamento e fluxos livres não limitados por paredes
Aplicabilidade no seu caso : Embora este modelo seja bom para o cálculo externo do corpo de blefe, ele é adequado apenas para fluxos turbulentos. Como as velocidades são baixas, o fluxo experimentará a transição do laminar para o turbulento ( máximo usando esta calculadora ). Você pode se beneficiar melhor com uma variante como o modelo realizável - . k εR e = 1,98 ∗ 106kϵ
2. - modelo de turbulênciaωkω :
ωkωkϵ
Prós : Excelente para camadas limite, trabalha com gradiente de pressão adversa, trabalha para fluxos separados fortes, jatos e camadas de cisalhamento livre
Contras : O tempo necessário para a convergência é maior, consome muita memória, requer resolução de malha próxima à parede, prevê separação antecipada e excessiva
Usos : Fluxos internos, Fluxos de tubulação, Fluxos de jato, vórtices
ω
kω
kωkϵ
kω
kω
Usos : Aerodinâmica externa, fluxos separados, camadas limite e gradientes de pressão adversos
kϵ
Então, qual modelo é mais apropriado?
kω
E não aceite minha palavra. Um relatório sobre ' Análise aerodinâmica e avaliação do coeficiente de arrasto de ciclistas de contrarrelógio ' usa o modelo SST. Este artigo compara todos os resultados dos modelos de turbulência para a aerodinâmica do ciclista e chega à conclusão de que o modelo SST fornece os melhores resultados gerais. Estou citando esses resultados porque, em termos de número e de dimensão de Reynold, uma bicicleta aproxima-se mais do seu caso, para o qual existem muitos estudos disponíveis.
kϵkϵkϵ
Se você tiver melhores recursos computacionais, escolha LES . Mas acho que não é necessário neste caso e pode não ser apropriado. Eu não tenho experiência com LES, então não posso comentar.
Alguns recursos interessantes:
A casa FOAM : Se você quer aprender o OpenFOAM passo a passo
Avanços recentes na modelagem numérica de fluxos turbulentos
21st
Modelos de turbulência e sua aplicação a fluxos complexos
Muito bem sucedida!
Felicidades!