Cierre de las ecuaciones Navier-Stokes

Modelos de Turbulencia

Formulaciones RANS de 1 y 2 ecuaciones, modelos LES / DES, funciones de pared y criterios de discretización de capa límite en OpenFOAM.

Criterio de y+ y Funciones de Pared

Al utilizar k-omega SST, puedes usar una malla de bajo Reynolds ( $y^+ < 1$ ) para resolver la subcapa viscosa sin funciones de pared, o una malla estándar ( $30 < y^+ < 100$ ) con funciones de pared continuas (omegaWallFunction, kqRWallFunction, nutkWallFunction).

k-omega SST (Shear Stress Transport)

El modelo RANS de dos ecuaciones más utilizado y versátil en la industria

Desarrollado por Florian Menter, combina la formulación de k-omega en las inmediaciones de las paredes con el modelo k-epsilon en el flujo libre mediante una función de mezcla (blending function F1), limitando el transporte del esfuerzo cortante principal.

Aplicaciones ideales: Aerodinámica con desprendimiento y gradientes adversos de presión, turbomaquinaria y tuberías.

Configuración en constant/turbulenceProperties:

constant/turbulenceProperties(text)

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simulationType  RAS;

RAS
{
    RASModel        kOmegaSST;
    turbulence      on;
    printCoeffs     on;
}

k-epsilon Estándar

El modelo RANS clásico de dos ecuaciones para flujo libre y conductos

El modelo histórico de Jones & Launder (1972). Resuelve para la energía cinética k y la tasa de disipación épsilon. Es muy robusto y computacionalmente económico, aunque tiende a sobreestimar la viscosidad turbulenta en capas límite con gradientes adversos de presión.

Aplicaciones ideales: Flujos plenamente desarrollados en tuberías, canales abiertos, mezcla en tanques y ventilación general de edificios.

Configuración en constant/turbulenceProperties:

constant/turbulenceProperties(text)

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simulationType  RAS;

RAS
{
    RASModel        kEpsilon;
    turbulence      on;
    printCoeffs     on;
}

Spalart-Allmaras (1 Ecuación)

Modelo de una sola ecuación optimizado para aerodinámica externa y alas

Resuelve una única ecuación diferencial de transporte para una variable modificada de viscosidad turbulenta (nuTilda). Altamente apreciado en el sector aeroespacial por su robustez y bajo coste de cómputo.

Aplicaciones ideales: Aerodinámica externa de aviones, cohetes, perfiles alares aislados y cuerpos fuselados.

Configuración en constant/turbulenceProperties:

constant/turbulenceProperties(text)

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simulationType  RAS;

RAS
{
    RASModel        SpalartAllmaras;
    turbulence      on;
    printCoeffs     on;
}

realizable k-epsilon

Variante k-epsilon con restricción realizable sobre tensiones turbulentas

Modifica la formulación de viscosidad turbulenta y epsilon para mejorar ciertos flujos con rotación, separación y chorros.

Aplicaciones ideales: Flujos internos industriales, jets, mezcla y recirculaciones con wall functions.

Configuración en constant/turbulenceProperties:

text

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RAS
{
    model realizableKE;
    turbulence on;
    printCoeffs on;
}

Reynolds Stress Model (RSM)

Transporte de tensiones de Reynolds para turbulencia anisótropa

Resuelve ecuaciones para componentes del tensor de tensiones turbulentas en lugar de asumir una viscosidad de remolino isotrópica.

Aplicaciones ideales: Swirl, curvatura fuerte, rotación y flujos secundarios donde Boussinesq es insuficiente.

WALE LES

Modelo submalla LES sensible a deformación y rotación cerca de pared

El modelo Wall-Adapting Local Eddy-viscosity proporciona comportamiento adecuado de viscosidad submalla próximo a paredes sin damping explícito.

Aplicaciones ideales: LES de flujos con pared cuando la malla resuelve escalas relevantes.

Elección de cierre

Selecciona el modelo por fenómeno dominante, resolución de pared y evidencia disponible

No existe un modelo universalmente superior. La separación, curvatura, rotación, flotabilidad y transición cambian qué hipótesis resultan aceptables y cuánto refinamiento necesita la simulación.

Física del flujo

Identifica el mecanismo que controla el resultado.

Gradiente adverso y separación
Chorros, mezcla o recirculación
Transición o anisotropía intensa

Tratamiento de pared

Haz compatible el modelo con la primera celda.

y+ objetivo definido antes de mallar
Funciones de pared coherentes
Capas con crecimiento suave

Validación

Compara más de una métrica y, cuando sea posible, más de un cierre.

Coeficientes integrales
Perfiles en estaciones relevantes
Localización de separación

Proceso de selección

Una secuencia corta para convertir la consulta en una decisión técnica trazable.

01Clasificar el régimen y la geometría
02Revisar datos de validación disponibles
03Fijar presupuesto de malla
04Elegir modelo y tratamiento de pared
05Cuantificar sensibilidad al cierre

Consejo de campo: Reporta siempre modelo, wall functions, rango de y+ y resolución cerca de pared; el nombre del modelo por sí solo no hace reproducible el resultado.