湍流长度如何确定

绕流计算,出入口的湍流耗散率,需要用到湍流长度,这个怎么计算啊?参数计算使用
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湍流长度 l 是描述湍流中具有大量能量的涡的大小的物理量。

湍流长度常用于估计 CFD 计算中湍流属性。由于湍流长度很直觉地与所求解 case 的湍流属性的物理大小有关,因而比较容易对其进行合理估计。湍流长度不应当比 case 的尺度还大。

k-\epsilon 模型中,

l=C_\mu\frac{k^{3/2}}{\epsilon}

但需要注意的是某些 CFD 软件 (Fluent, Phoenicx, CFD-ACE) 也使用基于混合长度的湍流长度,它们使用

l=C_\mu^{3/4}\frac{k^{3/2}}{\epsilon}

C_\mu=0.09 为模型参数。

通常,湍流长度设为 case 特征长度的百分之几。比如:透平机入口,其湍流长度通常设为通道高度的5%;在那些由格栅产生的湍流,其湍流长度通常设为与格条大小相近。

管道流中,湍流长度可由水力直径计算得出。充分发展的圆管流,其湍流长度约为水力直径的 3.8% 。

l = 0.038 d_h

d_h 为水力直径。使用混合长度那些软件的湍流长度则使用 7%,而不是 3.8%。

当入口流与湍流边界层控制时,湍流长度可近似由入口边界层百度估计, l=0.22yy 为入口边界层厚度。使用基于混合长度的湍流长度时,则使用 0.4 作为因数,而不使用 0.22。

在没有实测数据的支撑下,对于湍流长度的估计都不会很准确。对于内流和有边界层的入口流,准确度较高。外流,参照上面的经验数字,有一个合理的估计,别太离谱就行。

格栅产生湍流是什么东东?

在风洞试验中,为产生一定的湍流,需要使用某些方法增加扰动,产生足够的湍流。产生湍流的方法:其中一种就是使用格栅,比如:在风洞试验段的上游,加格栅板:

Reference

  1. https://www.imperial.ac.uk/media/imperial-college/research-centres-and-groups/turbulence-mixing-and-flow-control-group/VV_JFM13.pdf