Turbulenssimallien

Turbulenssimallien är en matematisk och numerisk ram för att simulera turbulenta flöden i vätskor och gaser. De syftar till att förutsäga flödesfält, tryckvariationer och andra egenskaper som uppstår när flödet bryts ner i virvliga rörelser. Genom att använda turbulensmodeller som stänger eller förenklar de mest komplexa delarna av flödet möjliggörs praktiska beräkningar i industriella och vetenskapliga sammanhang utan att behöva lösa alla turbulensskalor direkt.

Det finns olika angreppssätt inom turbulenssimulering, främst RANS, LES och DNS. RANS-baserade modeller tidssammanfattar flödet och inför en turbulent closure för Reynolds-spänningar; de är snabba nog för kontinuerligt designarbete. LES-resolverar större turbulenta skalen och modellerar endast små skalen via subgrid-scale-modeller, vilket ger högre noggrannhet men kräver betydande datorresurser. DNS löser samtliga turbulenta skalor direkt, men är praktiskt begränsad till enklare eller små system.

Nyckelkomponenter inkluderar Navier–Stokes-ekvationerna, Reynolds-decomposition och turbulensclosure. Vanliga modeller är k-ε, k-ω och SST för RANS; Smagorinsky eller dynamic Smagorinsky för LES. Väggbehandling brukar innebära wall functions eller låg-Re modeller. Numeriska metoder som finite volume eller finite element används tillsammans med tidsintegration för att följa flödet över tid.

Användningsområden sträcker sig från flyg- och bilindustri till vindkraft, turbomaskiner och ventilationssystem, samt klimat- och meteorologiska tillämpningar där turbulens spelar en central roll. Modellernas begränsningar innefattar beroende av empiriska konstanter, svårigheter vid separation och instabiliteter samt höga beräkningskostnader i LES och DNS. Forskning pågår inom hybridmetoder och datadrivna ansatser för att förbättra robusthet och effektivitet.