Przedmiot:
Modele przejściowej turbulencji: URANS lub DDES
Komentarz:
Opis:
Modelowanie turbulencji odgrywa istotną rolę w obliczeniowej dynamice płynów (CFD) poprzez dążenie do przewidywania zachowania przepływów turbulentnych. Modele te mają kluczowe znaczenie dla tworzenia wydajnych i bezpiecznych aplikacji inżynierskich, takich jak analiza i projektowanie interakcji między wiatrem a konstrukcją. Istnieje kilka podejść do modelowania turbulencji. Każdy z tych modeli ma inną charakterystykę i specyficzne zastosowania.
RWIND wykorzystuje modele turbulencji URANS i DDES jako dwie metody modelowania turbulencji w inżynierii konstrukcyjnej. Modele te wybrano ze względu na ich zdolność do równoważenia wydajności i dokładności obliczeń, dzięki czemu można je wykorzystać w wielu różnych zastosowaniach inżynierskich. URANS oferuje umiarkowane koszty obliczeń podczas rejestrowania zjawisk przejściowych na dużą skalę, podczas gdy DDES łączy w sobie zalety RANS i symulacji wirowej (LES), aby zapewnić szczegółową rozdzielczość złożonych konstrukcji turbulentnych. Integrując te modele, projekt RWIND zwiększa swoją zdolność do symulacji dynamicznego i złożonego zachowania interakcji wiatr-konstrukcja, zapewniając jednocześnie wydajność i dokładność analiz.
URANS (uśredniony współczynnik Naviera-Stokesa Reynoldsa)
URANS opiera się na metodzie RANS, uwzględniając zmiany pola przepływu zależne od czasu, co pozwala na uchwycenie zjawisk niestatecznych. Nadal wykorzystuje uśrednianie Reynoldsa, ale nie uśrednia przepływu w czasie tak ściśle, jak RANS. Dzięki temu program URANS może modelować na większą skalę przepływy przejściowe i zachowania oscylacyjne, takie jak tworzenie się wirów w narożach budynku. Chociaż URANS oferuje ulepszenia w porównaniu z RANS w wykrywaniu niestateczności, nadal wykorzystuje modele lepkości wirowej, które mogą nie uwzględniać w wystarczającym stopniu drobniejszych konstrukcji turbulentnych.
DDES (opóźniona symulacja wirowa)
DDES jest metodą hybrydową, łączącą w sobie techniki RANS i Large Eddy Simulation (LES). W regionach z dołączoną warstwą graniczną DDES działa jak model RANS, zapewniając wydajność obliczeniową. W obszarach, w których przepływ zanika i przeważają większe struktury turbulentne, DDES przełącza się na tryb LES w celu uzyskania dokładniejszej rozdzielczości. Podejście to jest szczególnie efektywne w przypadku złożonych przepływów obejmujących obszary separacji, ponownego przyłączenia i zmiany położenia, na przykład wokół krawędzi i naroży budynków. Metoda DDES zapewnia dobrą równowagę między kosztami obliczeń a dokładnością, dzięki czemu jest odpowiednia do symulacji przepływów o dużej liczbie Reynoldsa, ze znacznymi niestabilnymi i wydzielonymi obszarami.
Zalety i wady URANS i DDES
'''Zalety URANS'''
- Możliwości zależne od czasu: URANS może rejestrować zjawiska niestacjonarne i cechy przepływu przejściowego, takie jak tworzenie się wirów, czego RANS nie jest w stanie zarejestrować.
- Umiarkowany koszt obliczeń: Chociaż URANS wymaga więcej obliczeń niż RANS, jest nadal stosunkowo wydajny w porównaniu z bardziej złożonymi modelami, takimi jak LES lub DDES.
- Ćwiczenia praktyczne w zastosowaniach inżynierskich: URANS jest odpowiedni dla wielu praktycznych systemów inżynierskich, w których ważne jest uchwycenie niestatecznych zachowań na dużą skalę.
'''Wady URANS'''
- Ograniczona dokładność dla złożonych przepływów: URANS może nie przewidzieć dokładnie mniejszych struktur turbulentnych ze względu na zależność od modeli lepkości wirowej.
- Nadal uśrednione w czasie: Chociaż mniej rygorystycznie niż RANS, URANS nadal uśrednia przepływ w czasie, co może wygładzić niektóre ważne szczegóły przejściowe.
- Mniej efektywny w przypadku silnie rozdzielonych przepływów: URANS może mieć problemy z przepływami, które są w znacznym stopniu oddzielone i ponownie przyłączone, ponieważ w tych scenariuszach nie jest tak dopracowana jak LES lub metody hybrydowe.
'''Zalety DDES'''
- Podejście hybrydowe: DDES łączy w sobie zalety RANS i LES, umożliwiając wydajną symulację zarówno dołączonych warstw granicznych, jak i odłączonych obszarów turbulentnych.
- Dokładność w złożonych przepływach: Metoda DDES pozwala dokładnie analizować duże struktury turbulentne i złożone zachowania przepływu, takie jak separacja, ponowne przyłączenie i fale dynamiczne, zapewniając lepsze prognozy dla przepływów o dużej liczbie Reynoldsa.
- Wydajność obliczeń: Przełączając między trybami RANS i LES, DDES zachowuje równowagę między kosztem obliczeń a dokładnością symulacji, dzięki czemu jest bardziej wydajna niż pełny LES.
'''Wady DDES'''
- Wyższy koszt obliczeń niż w przypadku URANS: DDES wymaga większej ilości obliczeń niż URANS ze względu na konieczność przeprowadzania obliczeń LES w niektórych obszarach przepływu.
- Kompleksowa realizacja: Hybrydowy charakter DDES wymaga starannej implementacji i kalibracji, aby zapewnić płynne przejście modelu między regionami RANS i LES.
- Czułość na rozdzielczość siatki: Wydajność DDES w dużym stopniu zależy od jakości i rozdzielczości siatki obliczeniowej, szczególnie w regionach, w których model przełącza się z RANS na LES.
Podsumowując, URANS jest korzystnym narzędziem do uchwyc...
