湍流是自然界中最复杂的现象之一，给它下一个精确的定义非常困难。 在湍流中，流体沿着不规则弯曲的路径运动，称为湍流。 通常，流动会相互交错，并产生许多不同大小的结构。 膜结构会在瞬时移动和转动，彼此之间以及与主流场相互作用，并且会迅速改变形状和大小。 混合作用非常重要，它会影响动量的传递，从而影响流体内部和周围障碍物（例如建筑物）中的气动力。 如果您想研究这种复杂的现象并查看底层结构，我们建议您阅读湍流简介。 [1]
湍流结构在流体中产生涡度，通常用湍流而不是速度来描述。
湍流主要产生在实体边界上。 在沿实体边界形成的层中，速度从边界处的零（无滑移条件）变化到一个基本不受边界影响、由水流决定的值。 当不稳定性（例如边界面的粗糙度）导致产生足够大的雷诺数的无序湍流时，就会出现湍流。 边界层撕裂，湍流和湍流卷入流体远离边界的区域中。 大的湍流通常是各向异性的（例如流过圆柱体时会导致脱落）。 流动扰动会导致结构不稳定性，从而导致湍流被拉伸、压缩然后消失。 黏附性流动结构迅速分解成大量的湍流湍流，并且各向同性大规模地增长。 大的湍流会变得越来越小，直到达到一定大小为止，此时由于粘性而导致的动能耗散非常显着。 由于动能的损失，这些旋消失了。 [3]
对于不可压缩流体，湍流遵循输运方程。
Numerical 建模 Turbulence
为了通过数值模拟能够完整地捕捉湍流，必须求解所有时空尺度上的流体运动方程。 并且没有一种通用的方法。
使用上述公式适用于所有尺度，即“直接数值模拟”（direct numerical simulation），适用于所有尺度的流体计算，由于计算成本，该方法不适用于实际的CFD方法。 解析 DN 所需的计算资源远远超过当前最强大的超级计算机的处理能力。
“大湍流模拟”(LES) 对大尺度使用精确的数值模拟，例如 DS，而对于小尺度则使用湍流的模拟（所谓的次网格模拟）。 该方法在近壁面区域有严重的局限性，因为在该区域湍流长度尺度非常小，所需的计算量迅速增加。 但是对于自由剪切流，其中的大湍流与剪切层之间存在着强的各向异性，并且大湍流使用 LES 可以提供非常可靠的结果。 这对解决例如流场激振等问题非常有用。
对于大多数实际的 CFD 问题，局部解析方法和线性弹性方法的计算成本都过于高昂。 使用雷诺平均 Navier-Stokes (RANS) 方程方法更经济（见章节 [[]] #RansModelfForTurbulence RANS 模型用于湍流。
对于更复杂的问题，需要在发挥上述方法优点的同时，保证合理的计算开销的情况下，可以使用“全局混合法”（见章节 {%! %\}）。 全局混合方法的基础是大环境ES和RANS方法的组合，随着分辨率的变化可以切换它们。 RANS 应用于边界层的一部分，通过 LES 解决大的湍流。 最常见的模型是“超脱涡模拟”（DES）或“延迟超脱涡模拟”（DDES）。
RANS 以下项的模型 Turbulence
对于稳态流，RWIND 3 使用雷诺平均 Navier-Stokes 方程（RANS）模型作为湍流。 RANS 基于雷诺分解，根据雷诺分解，流量变量被分解为平均值和波动分量。 当将分解应用于 Navier-Stokes 方程时，出现称为“雷诺应力张量”的额外项，方程组需要是“闭”项。 RANS 湍流模型的等级与为了“关闭”RANS 方程而添加的微分方程的数量有关。 {%32#参照 [2]]]
在 RWIND 3 中也可以使用最常用的双方程模型 k-ε 和 k-ω。 湍流模型 Spalart-Allmaras (SA) 是专门为解决空气动力学问题而开发的，在全局混合法中也经常使用。 它用于在 RWIND 3 Pro 中模拟瞬态流中的湍流（见章节 [#GlobalHybridModelsForTurbulence 全局混合模型]）
k-ε 湍流 Model
k-ε 模型是 CFD 中第一个广泛用于各种流动的湍流模型。 该方法是基于 Boussinesq 提出的类比颗粒在分子尺度上的湍流流体流动中的螺旋体的随机运动。 他引入了湍流的概念，它不是流体的属性，而是与湍流的特征速度和长度尺度成正比。 需要的模型可以代表其中的每一个尺度。 速度的尺度由湍流动能 k 表示，由输运方程描述。 公式 k 包含了耗散率 ε 的一项， ε 的输运方程中的公式， {%！
k- ε 模型计算成本低且稳健。 只对完全湍流有效。 因此，它适用于初始迭代和参数化算例。 该方法无法用于计算包含大或逆压梯度、分离和强流线弯曲的复杂流动。 在边界处也是如此。
k-ω 湍流 Model
k-ω 模型通过 k 和 ω 的两个偏微分方程“封闭” RANS 方程组，第一个变量是湍流动能，第二个变量是湍流在能）。 由于 k- ω 模型较小的耗散项，在近壁面区域具有优于 k- ε 模型的优点。 它对自由剪切和低雷诺数流动也有良好的性能。 在外部空气动力学中它更适用于复杂的边界层流动和分离（但是，流动分离通常被预测得太大和太早，因此对壁面附近的网格分辨率要求很高）。 也可用于过渡性流场。
双方程模型包含许多假设，并且只有根据人们熟知的特征进行标定才能很好地工作。 尽管如此，它们的优势已经证明了自己，并且在行业 CFD 计算中得到了广泛的使用。
Global 混合模型 Turbulence
全局混合模型的想法是利用现有的 RANS 和 LES 模型的优点。 RANS 方法应用于边界层的一部分，该处的计算成本较高，而其余包含大涡的流动则采用 LES 方法，RANS 方法不能很好地模拟各向异性湍流结构。 湍流长度尺度小于最大网格尺寸的区域将指定为 RANS 解决方案。 由于湍流的长度尺度超过了栅格尺寸，所以这些区域将使用 LES 模式进行求解。
Spalart-Allmaras DDES Model
在瞬态流分析中（仅在 RWIND 3 Pro 中），使用了全局混合模型“Spalart-Allmaras 延迟分离模拟”，见turbulence-des-spalart-allmaras-ddes.html Openfoam®。
湍流粘性在“延迟-分离-湍流模拟”(DDES) 中的主要改进是延迟边界层中的这种切换。 RANS 方程组由一个按照“Spalart-Allmaras 模型”“封闭”，该方程包含了模型的长度尺度对墙体距离的影响。
Spalart-Allmaras 单方程湍流模型，对模拟的输运方程进行求解，以得到湍流粘度 νT 。 方程求解 Spalart-Allmaras 类粘性变量 γ。 也就是说，相对于直接计算 νT来说，𝑘容易计算，因此首先对 𝑘 进行数值计算. 然后，使用𝑘来计算（修正）螺旋湍流粘度 νT ，最后将 νT添加到动量方程中来求解。 详细的描述可以在这里找到https://cfdisrael.blog/2017/04/26/understanding-the-spalart-allmaras-model/。
湍流是自然界中最复杂的现象之一，给它下一个精确的定义非常困难。 许多定义在文献中给出，例如在[1] 中是这样定义的： “如果一种流体的运动是三维的、旋转的、间歇的、高度无序的、呈扩散性和耗散性的，则称为湍流。”如果您想研究这种复杂的现象并查看底层结构，我们建议您阅读湍流简介。
为了通过数值模拟完整地捕捉湍流，必须在所有时空尺度上求解流体运动方程。 这种方法被称为“直接数值模拟”(NS)。 对于工业应用，使用 NS 计算所需的计算资源远远超过当前最强大的超级计算机的计算能力。
取而代之的是 RWIND 3 使用了一种不同的技术，例如将风速或风压分解为平均和波动两个部分。 换句话说，对流体运动的控制方程进行了平均处理，删除了小尺度方程，得到了一组修改的方程，求解起来在计算上更容易。 这些公式称为“雷诺平均纳维-托克斯公式”（RANS）。
在 RWIND 3 中求解 RANS 时，使用 k-ε 湍流模型 {%ANS#Refer [2]]]，在该模型中引入了两个用于湍流属性的传输方程： 第一个是湍流动能 k 的传递方程，第二个是耗散率 ε k 的传递方程。 该方法是目前使用最广泛的 CFD 计算模型。 模型的鲁棒性、经济性和合理的精度适用于各种湍流，因此在工业流体模拟中得到广泛应用。 此外，RWIND 3还提供了k-ω湍流模型作为替代。
使用“大湍流模拟”（LES），可以像在（DS）中一样解析相对较大尺度的湍流结构。 建立了小尺度结构模型，即次栅格结构尺度。
在“瞬态流分析与分析”一章中，使用了“Spalart-Allmaras 延迟-分离湍流模拟”的修正版“Reynolds-averaged Navier-Stokes”（RANS），详见Openfoam®。 该模型试图以类 RANS 的方式处理近壁区域，并以类 LES 的方式处理流动的其余部分。 湍流长度尺度小于最大网格尺寸的区域将指定为 RANS 解决方案。 因为湍流长度尺度超过了网格尺寸，所以使用 LES 模式进行求解。
- banner.important@请注意，“延迟模拟”和“瞬态流分析”只是RWIND 3 Pro的功能。/#