Задание дополнительных граничных условий для турбулентности

При использовании двухпараметрических моделей турбулент­ности на проницаемых границах типа «вход» требуется дополни­тельно задавать две величины характеризующие турбулентность потока входящего потока.

В программе Fluent возможно 4 варианта задания граничных условий турбулентности:

- K end Epsilon – непосредственное задние параметров тур­булентности k, e, w. Как правило, при решении ин­женерных задач эти параметры неизвестны и трудно осязаемы физически. Поэтому при решении приклад­ных задач этот способ применяется редко.

- Intensity and Hydraulic Diameter - задание интенсивности турбулентности и гидравлического диаметра.

- Intensity and Length Scale - задание интенсивности турбу­лентности и длины турбулентного смешения.

- Intensity and Viscosity Ratio - задание интенсивности турбу­лентности и коэффициента вязкости.

Тип граничных условий для турбулентности выбирается в списке Speciation Method в поле Turbulence в меню задания вход­ного условия (5 на рис. 10.2)

Систематизированных сведений о численных значениях сте­пени турбулентности в характерных сечениях проточной части ГТД не име­ется. Встречаются лишь различные данные об изме­рениях термо­анемометрами и косвенной оценке степени турбу­лентности в конкретных условиях в аэродинамических трубах или турбинах. Как правило, масштаб турбулентности не превы­шает 20%, но в большинстве случаев находится в интервале от 1 до 10%. При масштабе турбулентности Е=5% поток считается полностью турбулентным. Наиболее часто встречаются в литера­туре следующие прибли­женные значения степени турбулентно­сти в канале авиационного ГТД [31,44] приведены в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Приближенные значения степени турбулентности потока в элементах ГТД

Элемент ГТД	Степень турбулентности
Непосредственно за жаровой трубой КС	15…...…20%
После сборного коллектора, перед СА первой ступени	3…...4%
За сопловой решеткой, перед РК первой ступени	4…...5%
За рабочим колесом, на входе в СА второй сту­пени	4…...8%
Перед решетками лопаток воздушных аэроди­намических стендов с плавным входом	0,3…...0,6%
При установке перфорированных успокоитель­ных решеток	1…...2,5%
При специальных турбулизирующих сетках	До 12%
В горле сопловых решеток (независимо от сте­пени турбулентности на входе)	0,5...…0,8%

При решении других задач примерное значение масштаба турбулентности можно определить с помощью следующего соот­ношения:

, где

k – турбулентная кинетическая энергия;

U – осредненная скорость потока.

Гидравлический диаметр находится по формуле:

, где

П – периметр сечения;

F – его площадь.

Длина смешения может быть принята равной d_с=0,4d, где d - толщина вытеснения пограничного слоя.

Коэффициент вязкости представляет собой отношения тур­булентной вязкости к ламинарной . В большинстве случаев эта величина находится в интервале от 1 до ……10.

Для решения задач течения жидкостей и газов в каналах наи­более предпочтительным граничным условием для турбулентно­сти является задание масштаба турбулентности и гидравличе­ского диаметра (Intensity and Hydraulic Diameter).

При исследовании течения вблизи пристенных зон предпоч­тительным является задание интенсивности турбулентности и длины турбулентного смешения (Intensity and Length Scale).

Для решения задач внешнего обтекания больше подходит за­дание интенсивности турбулентности и коэффициента вязкости (Intensity and Viscosity Ratio).

При моделировании турбулентности с помощью алгебраиче­ских моделей турбулентности дополнительные граничные усло­вия не требуются.

12. Настройка решателя и решение в программе Fluent

Настройка параметров решателя является важнейшим этапом решения газодинамической задачи в CFD программах. От кор­ректности настройки решающего модуля зависит возможность получения решения, его точность и время счета.

В программе Fluent настройка решающего модуля состоит из нескольких этапов:

- выбор типа решателя, размерности задачи и ее поста­новки;

- настройка решателя: выбор схем дискретизации, парамет­ров релаксации и т.п.;

- инициализация – назначение значений параметров по­тока на первой итерации;

- выбор условия завершения решения;

- настройка отображения процесса решения;

- непосредственно расчет.

Большинство действий решателем производится в подменю Solve, за исключением выбора типа решателя, размерности за­дачи и ее постановки, которые осуществляются в меню ГМ: De­fine ® Models® Solver и было описано в разделе 9.5.