以非線性 k-e 模式計算紊流流場

Abstract

Speziale於1987年所提出的非線性k-e模式存在一嚴重缺點; 求解過程中 須加入一濾波程序以避免數值解中波動的產生。本文主要是以兩種簡化過 後的非線性k-e模式來做紊流場的數值模擬。第一種模式是將原非線性k-e 模式中包含於Oldroyd的一項省略 (NKE1)。第二種則是將整個Oldroyd微 分項拋棄(NKE2)。本研究和前人所做的研究最大差別在於未使用濾波程序 。為評估此兩種模式我們將做多項測試，其中包含(1)背階紊流 ，(2)不 具旋轉流的軸對稱擴張管及(3)數種旋轉流場的模擬。為了比較，我們亦 採用線性k-e模式。在背階流場中這兩種簡化過的模式得到較接近實驗數 據的結果。比較兩種非線性模式，NKE1可得到較長的再接觸長度。對軸對 稱擴張管而言，這兩種NKE模式雖然所得到的再接觸長度較短，但在紊流 分怖及迴流區下游的速度分佈可得到較佳的結果，此尤其是NKE2模式較明 顯。在三種旋轉流場模擬中，雙旋轉流的例子較適合做為不同紊流模式的 評估。結果顯示NKE2優於其他模式。於另外兩種旋轉流的測試中NKE1無法 得到收斂的結果。