LES - RANS一样,又不一样?
LES和RANS的自相似性?...
许多CFDer后台留言咨询CFD界LES和RANS的区别在哪里,应用上要注意什么,本文简单谈一下LES和RANS的相似性。
LES和RANS的相似性
首先看LES的方程:再看RANS的方程:注意:LES中的U为空间滤波后的U,RANS中的U为采取某种平均(例如时均)后的U这两个方程很明显的看出,LES和RANS的区别仅仅在于方程最后一项的湍流应力的模化上。
考虑典型的RANS模型:ke模型。在ke模型中,湍流应力主要通过速度,湍流动能,湍流动能耗散率来模化。
考虑典型的LES模型:Smagorinsky模型。在Smagorinsky模型中,湍流应力主要通过速度,以及截断尺度Δ 来模化,进一步的,截断尺度通常为网格体积的1/3次幂。这样来看,LES中的湍流应力和网格尺度直接相关。
Frohlich and Dominic在文中这样定义LES和RANS:
“一个模型如果被认为是LES模型,那么这个模型内部肯定涉及到网格尺度这个变量,相反,RANS模型,则和网格尺度无关,其依靠一些其他的物理量,但RANS有时还涉及到壁面距离”
这就表示,LES模型的精度是和网格尺度高度相关的,然而,RANS模型的精度是和网个尺度无关的(注:此处不考虑网格尺度和有限体积法离散之间的误差)。
既然LES和网格是高度相关的,那么这个截断尺度Δ 就可以认为的设置为一定的值,甚至为一个网格无关的值。Frohlich and Dominic在文中进一步表示:
“我们认为LES(大涡模拟)中的大具体有多大?实际上其可以用户给定,也可以通过网格计算而来”
LES和RANS耦合?
既然LES和RANS这么类似,能否将LES和RANS耦合呢?当然可以。
在耦合的LES和RANS中,湍流应力可以通过RANS计算而来,也可以通过LES计算而来。例如我们打算在计算域内的不同区域使用不同的湍流模型,那么在这些不同的区域定义不同的湍流应力即可。拓展阅读
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