wie man feststellt, ob ein Wirbel laminar oder turbulent ist

In einer zylindrischen Kammer mit einem hohen Verhältnis von Durchmesser zu Höhe; ein Fluid wird tangential injiziert. es gibt einen axialen Ausgang zum Zylinder.

Wie bestimme ich, ob der so gebildete Wirbel laminar oder turbulent ist? Welcher Parameter zeigt dies an?

(Dies ist eine Simulation; damit ich die benötigte Geschwindigkeit / turbulente KE messen kann.)

Wenn es sich um eine Simulation handelt, wie modelliert man Turbulenzen? Oder ist es DNS?
von RANS RNG k-epsilon.
Am einfachsten wäre es, den Wert der turbulenten Viskosität im Vergleich zur laminaren Viskosität zu überprüfen.
ja, das habe ich gemacht. die Wirbelviskosität ist sehr viel höher als die molekulare. Ich habe sogar die TKE überprüft, sie hat auch einen signifikanten Wert. Aber ich dachte, ist es möglich: dass die Strömung tatsächlich laminar ist; aber es werden all diese Werte angezeigt, nur weil ich einen Turbulenzverschluss verwende? Gibt es eine Möglichkeit, anhand der Geschwindigkeiten zu beurteilen, ob der Wirbel laminar/turbulent ist? Wie zum Beispiel die Re. aber ich weiß nicht, was ich in meinem Fall als charakteristische Länge verwenden soll. vielen Dank für die sofortigen Antworten!
Sie könnten die Reynolds-Zahl für den Einspritzpunkt berechnen. Habe das auch mitbekommen k − ε funktioniert nicht so gut für Rotationsströmungen.
Mein Einlass ist ein Rohr, tangential zum Zylinder. die Re ist dort 40k. Es ist eigentlich eine "Wirbeldrossel". Ich vermute eine Relaminarisierung im Freiwirbelbereich im Zylinder, sehr viel nach der Einspritzung. Deshalb möchte ich wissen, wie man überprüft, ob ein Wirbel laminar ist. wie überprüfe ich, ob das passiert? Ja, k-eps funktioniert nicht so gut, also verwende ich RNG k-eps.
Beachten Sie für zukünftige Referenzzwecke, dass wir hier keine Berechnungsfragen stellen; Verwenden Sie dazu die Beta-Site von Scientific Computation . Das heißt, ich denke, diese Frage betrifft hauptsächlich die Physik (dh welche Eigenschaften können verwendet werden, um die beiden Zustände zu unterscheiden, ohne Bezug auf die rechnerische Natur des Systems) und schlage nicht vor, sie zu schließen.
Ich stimme zu. Bei dieser Frage geht es mehr um den physikalischen Aspekt der Strömung. Ich verwende nur CFD, um es weiter zu analysieren.

Antworten (1)

Lassen Sie uns zunächst definieren, was in einem Fall wie dem von Ihnen beschriebenen unter turbulent und laminar zu verstehen ist ...

Die Reynolds-Zahl einer Strömung gibt ein Maß für die relative Bedeutung von Trägheitskräften (in Verbindung mit konvektiver Strömung) und viskosen Kräften. Aus experimentellen Beobachtungen ist ersichtlich, dass für Werte von Re unterhalb der sogenannten kritischen Reynolds-Zahl die Strömung glatt ist und benachbarte Fluidschichten auf gewöhnliche Weise aneinander vorbeigleiten. Wenn sich die angewandten Randbedingungen (BC) nicht mit der Zeit ändern, ist die Strömung stabil und dies ist eine laminare Strömung.

Bei Werten von Re oberhalb der kritischen Reynoldszahl findet eine komplizierte Reihe von Ereignissen statt, die zu einer radikalen Änderung des Fließcharakters führt. Im Endzustand ist das Strömungsverhalten zufällig und chaotisch. Die Bewegung ist in diesem Fall ein intrinsisches instationäres Ereignis mit konstanten BCs - alle Strömungseigenschaften variieren auf zufällige Weise, und dies ist eine turbulente Strömung.

Okay, jetzt um Ihr Problem direkt anzusprechen. Aufgrund Ihrer Frage (ich glaube, Sie haben die Frage an der richtigen Stelle gestellt) und der Lektüre der Kommentare haben Sie meiner Meinung nach nicht verstanden, was die Reynolds Average Navier-Stokes (RANS)-Modelle tatsächlich erreichen. Nehmen Sie zuerst den Standard k − ϵ RANS-Modell; Dieses Modell (und alle anderen RANS-Modelle, die auf der Reynolds-Zerlegung basieren) liefert ein Modell für alle turbulenten Längenskalen, sogar bis zur Komglarov-Skala (große Wirbel kaskadieren zu immer kleineren Wirbeln, bis die Dissipationslängenskala erreicht ist). Dies gilt auch für den RNG k − ϵ RANS-Modell.

Nebenbei: die Renormalisation Group [ k − ϵ ]-Modell (RNG) verwendet statistische Mechanik und eine begrenzte Anzahl von Annahmen bezüglich der Statistik kleinskaliger Turbulenzen, um eine rigorose Grundlage für die Erweiterung von Eddy-Viskositätsmodellen bereitzustellen.

Die von Ihnen beschriebene Strömung ist eine rotierende Strömung mit einer gekrümmten Grenzschicht (BL). Jetzt:

  1. Der k − ϵ Das RANS-Modell ist sehr schlecht darin, die in solchen Strömungen erzeugten Turbulenzen aufzulösen, bei denen die gekrümmte BL und die wirbelnde Strömung große zusätzliche Dehnungen induzieren (ich würde a verwenden k − ω -Typ RANS-Modell).

  2. Zweitens könnte in der von Ihnen beschriebenen Strömung die großräumige Rotationsströmung (Wirbelströmung) problemlos mit einem rein konvektiven Modell (nur Advektionsgleichung) aufgelöst werden, und die Dynamik der Strömung wird von der Advektion dominiert, nicht von (relativ kleinräumiger) Turbulenz .

Also, um deine Frage zu beantworten:

How do I determine if the vortex so formed is laminar or turbulent?

Die Strömung in Ihrem Fall wird einige „Lamina“-Merkmale aufweisen und vollständig turbulent sein. Den dominierenden Faktor in diesem Fall festzustellen, sollte offensichtlich sein. Es ist die Massenbewegung der Strömung, die die Art von Wirbel antreibt, die Sie beschreiben, nicht Turbulenzen.

What paremeter will indiacate this?

Für einen Fall, in dem Sie die Längenskala von turbulenten Wirbeln (relativ kleinräumige Strömung (möglicherweise Untergitterebene)) ermitteln wollten, dann mit k − ϵ -Modelle können wir die Geschwindigkeitsskala definieren ( ϑ ) und Längenskala ( l ) der größten turbulenten Wirbel über:

ϑ = k 1 / 2 , l = k 3 / 2 ϵ
.

Sie könnten die Gültigkeit der Verwendung der Variablen „kleiner Wirbel“ in Frage stellen ϵ um die „Large-Eddy“-Skala zu definieren l . Dies ist vernünftig, da für große Re die Rate, mit der große Wirbel Energie aus der mittleren Strömung extrahieren, ungefähr der Energieübertragungsrate über das Energiespektrum zu kleinen dissipierenden Wirbeln entspricht, wenn sich die Strömung nicht schnell ändert (vorausgesetzt, Sie tun dies). stationäre Simulationen). Wenn dies nicht der Fall ist, könnte die Energie in einem turbulenten Maßstab unbegrenzt wachsen oder abnehmen.

Schließlich wäre ich bei der Auswahl des RANs-Modells vorsichtig. Die Vor- und Nachteile für jeden einzelnen sind gut dokumentiert und sollten vor der Auswahl angesprochen werden. Für deinen Flow würde ich den Menter SST vorschlagen k − ω Modell, das verwendet k − ω in Wandnähe u k − ϵ im kostenlosen Stream (mit entsprechender Wandfunktionsbehandlung, abhängig von Ihrem Code).

Ich hoffe das hilft.

Der Begriff "Sub-Grid-Skala" wird normalerweise nicht für RANS-Modelle verwendet. Dies ist LES, wo Sie besonders filtern, normalerweise basierend auf dem Raster. In RANS ist es der Ensemble-Durchschnitt, und Sie modellieren den Reynolds-Spannungstensor, der auch größere als Gitterskalen umfasst
Obwohl Sie Recht haben mit dem, was Sie über LES sagen, ist es falsch zu sagen, dass RANs kein Modell im Sub-Grid-Maßstab sind. Natürlich konzentrieren sich diese Modelle auf die mittlere Strömung und die Auswirkungen von Turbulenzen auf diese mittlere Strömung, aber die Mischungslängenskala für viele Strömungssimulationen ist kleiner als die Gitterauflösung. Dies bedeutet nicht, dass turbulente KE und die bösartige Dissipation durch das RANs-Modell bei diesen Maßstäben nicht gut dargestellt werden. Mein Hauptpunkt im Obigen ist, dass er eine Massenwirbelströmung sieht, und dies wird wenig mit dem verwendeten Turbulenzmodell zu tun haben ...
Ich werde die Antwort jedoch bearbeiten, um zu berücksichtigen, dass die RANs nicht nur Turbulenzen im Sub-Grid-Maßstab modellieren. Um zu sehen, dass RANs Turbulenzen im Untergittermaßstab modellieren können und tun, müssen Sie sich nur die Turbulenzlängenskalen ansehen, die an einer typischen Rohrströmung beteiligt sind.
LES: Nur die „großen“ turbulenten Skalen werden aufgelöst. Die „kleineren“ Skalen sind modelliert. RANS: Alle turbulenten Skalen sind modelliert. In LES lösen Sie eine gefilterte Version der Navier-Stokes-Gleichung zusammen mit einer anderen Gleichung, um die turbulenten kleinen Skalen darzustellen. In RANS lösen Sie die gemittelte Version der Navier-Stokes-Gleichung zusammen mit einer anderen Gleichung, um alle turbulenten Skalen darzustellen.
Vielen Dank für Ihre Antworten! @ Killercam, ich habe nicht verstanden, was Sie mit "In diesem Fall den dominierenden Faktor festzustellen, sollte offensichtlich sein" meinen. Ich weiß, dass es die Massenströmung ist, die den Wirbel antreibt; Ich möchte herausfinden, ob eine bestimmte Region in diesem Wirbel laminar ist. Auch wenn ich die Werte der Geschwindigkeits- und Längenskalen habe; Woher weiß ich, ob die Strömung dort turbulent ist? Gibt es einen Schwellenwert? wenn ja, wie stelle ich das fest? Außerdem habe ich viele Validierungen für begrenzte Wirbelströmungen mit RNG-K-eps-Modellen gesehen. Abgesehen vom Turbulenzmodell möchte ich dies physikalisch verstehen.
Die Strömung in dem von Ihnen beschriebenen Fall ist wahrscheinlich turbulent oder transient (turbulent mit Bereichen mit laminarer Strömung). Um Regionen der Strömung zu bestimmen, die turbulenter sind als andere (da alle Regionen eine gewisse Größenordnung turbulenter Kaskaden aufweisen), können Sie den Wert der turbulenten kinetischen Energie k grafisch darstellen. Die k-Gleichung regelt die Umwandlung von mittlerer kinetischer Energie in turbulente kinetische Energie – das ist also ein guter Anfang. Sie können auch die Turbulenzintensität darstellen ICH = u ' / U , Wo u ' ist der quadratische Mittelwert der turbulenten Geschwindigkeit und U ist die mittlere Geschwindigkeit....
Sie können feststellen u ' aus u ' = 2 / 3 k Wo k ist die turbulente kinetische Energie aus Ihrer k-Gleichung. Also, von deinem Strömungsfeld hast du k somit u ' und du hast $U = \sqrt{U_{x}^{2} + U_{y}^{2} + U_{z}^{2} S Ö N Ö w j Ö u C A N P l Ö T I$ und dies zeigt Ihnen Regionen mit hoher Turbulenz. Beachten Sie, dass ich die Turbulenzlängenskala zitiert habe, da diese verwendet werden kann, um die Längenskala der größten Wirbel in Ihrer Strömung anzugeben. Wenn die größten Wirbel in der Strömung kleiner sind als die Strömungsmerkmale, nach denen Sie fragen, dann können Sie sagen, dass diese Abschnitte der Strömung (locker) „laminar“ sind.
Die turbulente Längenskala wird häufig verwendet, um die turbulenten Eigenschaften an den Einlässen einer CFD-Simulation abzuschätzen. Da die turbulente Längenskala eine Größe ist, die intuitiv leicht mit der physikalischen Größe des Problems in Beziehung gesetzt werden kann, ist es einfach, einen vernünftigen Wert der turbulenten Längenskala zu erraten. Die turbulente Längenskala sollte normalerweise nicht größer sein als die Dimension des Problems, da dies bedeuten würde, dass die turbulenten Wirbel größer als die Problemgröße sind.
Danke @killercam! Ich werde versuchen, die Längenskala zu überprüfen und diesen Thread auf dem Laufenden zu halten. Ich möchte das mitteilen, ich habe die Intensität und damit die k-Werte bereits überprüft. sie sind in der gesamten Domäne ziemlich groß; also denke ich, dass es sicher ist, daraus zu schließen! Nochmals vielen Dank an alle, für Ihre Hilfe!
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