1.3.4 湍流模型

相对于层流而言，湍流更复杂，且存在随机性，有限体积法中需要引入数值模拟方法来描述湍流模型。根据前述N-S方程中对湍流处理尺度的不同，湍流数值模拟方法主要分为直接数值模拟（DNS）、大涡模拟（LES）和雷诺平均方法（RANS）。

1.直接数值模拟（DNS）

直接数值模拟是用瞬态N-S方程对湍流直接进行求解，不对湍流做任何简化和近似，在低雷诺数的理想情况下可以获得准确的结果。但在高雷诺数情况下，由于网格尺寸必须小于或等于流场中最小的漩涡尺寸，计算量非常巨大，直接数值模拟难以使用。因此直接数值模拟基本上很难用于工程问题。

2.大涡模拟（LES）

大涡模拟基于湍流动能传输机制，直接计算比网格尺度大的大尺度涡运动，而不直接计算小尺度涡运动，小尺度涡运动对大尺度涡的影响则通过建立近似模型体现出来，这就解决了直接数值模拟中网格细小化的问题。因此大涡模拟比直接数值模拟节省计算量，但对计算机硬件的要求非常高。

3.雷诺平均方法（RANS）

雷诺平均方法是指在时间域上对流场物理量进行雷诺平均化处理，然后求解所得到的时间化控制方程。比较常用的模型包括Spalart-Allmaras模型、 k-ε 模型、 k-ω 模型和雷诺应力模型等。其中应用最普遍、适应性最好的模型是 k-ε 模型，SOLIDWORKS Flow Simulation即采用 k-ε 模型。雷诺平均方法计算效率较高，解的精度也基本可以满足工程实际需要，是流体机械领域使用最为广泛的湍流数值模拟方法。

k-ε 模型是一种两方程模型，它求解湍流动能 k 及湍流动能耗散率 ε 的输运方程。按照方程形式的不同，该湍流模型又可以分为标准 k-ε 模型、RNG k-ε 模型和Realizable k-ε 模型等。 StKYA6fgguO4ZUnFVBl4BitvqwsrR2J2nGrJVEkmEJBE9LP7s85pdUMCjiuEIbSi