湍流模型简介以及k-ε模型详解PPT课件

湍流模型简介以及k-模型详解,北京理工大学12级车辆硕,1,.,湍流的基本概念,层流和湍流是两种不同的基本流态。它们的区分变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时（小于2000），黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。在内燃机整个工作循环中，其缸内气体能量始终在进行着极为复杂而又强烈瞬变的湍流运动。这种湍流运动是内燃机工作和燃烧过程中各个物理化学子过程的一个共同基础。它决定了各种量在缸内的输运极其空间分布，它对可燃混合气的形成极其浓度场、火焰传播速率和燃烧品质、缸壁的传热及污染物的形成等都具有直接的、本质的影响。因此，要正确地从微观上模拟和分析内燃机的燃烧，绝对离不开对缸内湍流运动的正确描述和模拟。也正是基于这一原因，内燃机燃烧的零维和准维模型被称为热力学模型或现象模型，而多维模型则被称为流体动力学或CFD模型。,2,.,内燃机缸内湍流流动的特点,实验和理论计算表明，缸内湍流的主要来源是进气射流通过气阀时产生的强烈剪切层以及射流与缸壁的碰撞。在进气冲程中期，即进气进行最猛烈时，缸内湍流度达到其峰值。此时湍流分布很不均匀，而且是各向异性的，主要可分为射流内的高湍流度区和其余部分的低湍流度区。随着平均流速的减小，湍流开始衰减。同时，由于对流和扩散作用，整个缸内湍流趋向于均匀化和各向同性化。在压缩冲程中，尽管进气产生的主涡流还残留在缸内，但已经很弱并且继续衰减。活塞压缩产生的正应力和缸壁的剪切应力对湍流的生成虽有一定的贡献，但由于耗散大于生产，故总的效果是湍流持续衰减。实验表明，TDC时的平均湍流度是进气体积流率的线性函数，或与发动机的转速成正比。通常认为，接近TDC时，湍流基本成为各向同性，这也得到k-模型计算结果的证实。但Jennings和Morel用雷诺应力模型的意思表明，对轴对称的一维压缩情况，到TDC时的湍流并非各向同性，轴向正应力远大于其他两个方向，因此有必须要以后对此再深入研究。（内燃机计算燃烧学解茂昭）,3,.,湍流的影响因素,旋流和滚流的影响燃烧室形状的影响燃油喷射和燃烧的影响,4,.,内燃机缸内湍流流动的数学模型,5,.,6,.,湍流黏性系数模型,7,.,零方模型简介：,8,.,单方程模型湍能的k方程模型简介：,9,.,双方程模型的产生必要性：,10,.,k-模型的由来：,11,.,k方程和方程,12,.,1,标准的K-模型,13,.,2，k-模型的压缩性修正,14,.,15,.,3，k-模型的强旋流修正,16,.,总结,k-模型是目前应用最广泛的两方程紊流模型。大量的工程应用实践表明，该模型可以计算比较复杂的紊流，比如它可以较好地预测无浮力的平面射流，平壁边界层流动，管流，通道流动，喷管内的流动，以及二维和三级无旋和弱旋加流流动等。但从定量结果来看，它还没有比代数模型表现在出更明显的优势。随着空化流动理论和计算方法的发展，数值计算逐渐成为空化现象研究的有力手段。对于空化流动这种复杂的湍流进行模拟，湍流模型是一个重要方面。最初，人们广泛采用了标准的k-模型，由于空化流动中汽泡的生成和溃灭过程对湍流发展的影响,引起空化流动中湍动能产生项和弥散项间的不平衡，这种模型并不能很好地模拟空化流动。除了标准k-模型外还诸如RNGk-模型等