湍动能k的输运方程:
(2.4)
湍动耗散率ε的输运方程:
(2.5)
在标准的k-ε模型中,根据Launder等[22-23]的推荐值以及后来实验的验证,模型中常数C 1ε、C2ε、Cμ、σk、σε的取值为:
(2.6)
对于标准k-ε模型的适用性还有以下三点需要注意[24]:
1) 模型中的有关系数主要是根据一些特殊条件下的试验结果而确定的,在不同的文献讨论不同的问题时,这些值可能会有不同,但大体上所给出的数据有一定的适用性。近年来,标准k-ε模型已经被广泛地用来计算边界层型流动[25]、管内流动[26]、剪切流动[27]、平面倾斜冲击流动[28]、有回流的流动[29]、三文边界层流动[30]等。
2)这里给出的标准k-ε模型是针对湍流充分发展的流动来建立的,即是针对高雷诺数Re的湍流计算模型。对于低雷诺数Re流动使用标准k-ε模型来计算就会出现问题。
3)标准k-ε模型相比零方程模型和一方程模型有了很大的改进,在理论研究以及工程实际中得到了最为广泛的检验和成功的应用,但用于强旋流,弯曲壁面流动或弯曲流线流动时,会产生一定的失真。原因在于标准k-ε模型中,对于Reynolds应力的各个分量,假设粘度系数是各向同性的标量,但是在弯曲流线的情况下,湍流是各向异性的。
2.1.2 湍流参数的计算式
在选用标准k-ε湍流计算模型时,需要给定输运的湍流参数k和ε。湍流强度I(turbulence intensity)按下式计算:
(2.7)
其中, 和 分别为湍流脉动速度与平均速度, 为按水力直径 计算得到的Reynolds数。对于圆管,水力直径 等于圆管直径,对于其他几何形状,按等效水力直径确定。对于充分发展的湍流,关联尺寸L可等于水力直径,L可按下式计算得到[31]:
(2.8)
式(2.8)中: 为槽道的流动面积,m2;.P为润湿周长,即槽道壁与流体接粗面的长度,m。
那么湍动能 (Turbulent Kinetic Energy)可由下式得到: (2.9)
湍动耗散率ε(Turbulent Dissipation Rate)计算式如下: (2.10)
式(2.10)中, 取0.09。l湍流长度尺度,为 。
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