Eddy Viscosity Turbulence Models emploed by Computational Fluid Dynamic

This paper is discussing the advantages and disadvantages of the two-equation eddyviscosity turbulence models employed to carry out computational fluid dynamic analyses. Simulating turbulence by means of numerical methods is one of the most critical problems in modeling fluid flow. The most popular, two-equation eddy-viscosity turbulence models are reviewed in this paper. These models rely on the eddy-viscosity, which according to Boussinesq approach relates Reynolds stress with mean velocity gradients. The consequences of such approach for two-equation models' capabilities in predicting fluid motion are analyzed. Moreover, the current work discusses: (i) Approaches taken to obviate the shortcomings of the Boussinesq assumption; (ii) Performance of the k-ε model and some of its modifications in predicting fluid structure; (iii) Advantages offered by the k-ω model in simulating some class of the flows; (iv) The Shear Stress Transport (SST) model benefiting from the features of the k-ε and k-ω models. This paper discusses the vital problems related to simulating turbulence flows by means of CFD codes.

W pracy zostały przedstawione wady i zalety dwu-równaniowych modeli turbulencji wykorzystujących zagadnienie lepkości burzliwej, które są stosowane w numerycznych analizach mechaniki płynów. Modelowanie przepłwów turbulentnych stanowi jeden z najbardziej skomplikowanych zagadnień w mechanice płynów. Najczęściej stosowane dwu-równaniowe modele turbulencji zostały przedstawione w niniejszej pracy. Modele to wykorzystują lepkość burzliwą, która zgodnie z założeniem Boussinesq`a ustala związek pomiędzy naprężeniami Reynoldsa oraz gradientem prędkości średniej w przepływie turbulentnym. Konsekwencje tego założenia pod względem możliwości analizowania przepływów burzliwych przy pomocy modeli dwu-równaniowych zostały przeanalizowane w pracy. Ponadto w pracy przedyskutowano: (I) modyfikacje założenia Boussinesq`a w celu poprawy jego skuteczności, (II) możliwości modelu k-ε oraz jego modyfikacji do modelowania przepływów turbulentnych, (III) zalety oferowane przez model k-ω w zakresie analiz numerycznej mechaniki płynów, (IV) cechy modelu transportu naprężeń stycznych (Shear Stress Transport - SST) będącego modyfikacją modeli k-ε oraz k-ω. W pracy przedstawiono istotne problemy związane z modelowaniem przepływów turbulentnych przy pomocy numerycznych kodów mechaniki płynów.