En el modelo k-ε y sus variantes, se utilizan dos cantidades específicas de la turbulencia: energía cinética turbulenta y disipación turbulenta. La energía cinética turbulenta se define utilizando las tres intensidades de turbulenciaIx,Iy eIz como sigue:
Con las razones del apartado B2.1.2, el factor α depende únicamente de la intensidad de la turbulencia longitudinal:
La disipación turbulenta se correlaciona con una escala de longitud integral Lt, energía turbulenta k y una constante Cμ :
Algunas implementaciones usan la longitud de mezcla Lt-mix en lugar de la escala de longitud integral. Al aplicar el modelo k-ε a los flujos atmosféricos, la viscosidad turbulenta se limita típicamente a un máximo de κ⋅z (constante de Karman κ=0.41 y altura z) para evitar valores altos poco realistas de la viscosidad turbulenta. El vórtice característico con un eje horizontal no debería exceder el doble de la distancia al suelo.
El modelo k-ε es uno de los métodos más utilizados en la simulación de flujo debido a su estabilidad numérica y la capacidad de usar celdas relativamente grandes cerca de las paredes. A pesar de su popularidad, tiene debilidades conocidas que a menudo se pueden mitigar mediante modificaciones:
- Problema del punto de estancamiento:
El modelo tiende a sobrestimar la energía cinética turbulenta y la presión en los puntos de estancamiento, lo que puede afectar a las simulaciones de separaciones en los bordes de ataque. Las variantes mejoradas, como el modelo RNG, el modelo "k-ε realizable" o el modelo MMK, abordan este problema.
- Flujos giratorios:
El modelo estándar muestra debilidades en la precisión al simular flujos giratorios.
- Resolución cerca de la pared:
La resolución limitada cerca de los muros requiere el uso de leyes de muros para unir la subcapa viscosa. Sin embargo, este método puede ser inadecuado en casos de separación, especialmente si no se consideran los gradientes de presión tangenciales.