난류 모델

난류는 constant/turbulenceProperties 파일에 다음과 같이 설정한다.

simulationType  RAS;
RAS
{
    RASModel            kOmegaSST;
    turbulence          on;
    printCoeffs         on;
    viscosityRatioMax   1e5;
}

simulationType 설정과 그에 따른 딕셔너리가 필요하다. simulationType 은 laminar, RAS, LES 등이 있다.

turbulence 와 printCoeffs 는 항상 on 이다.

viscosityRatioMax 는 [수치해석기법] – [고급설정]에서 입력한 최대 점도 비율(Maximum Viscosity Ratio) 값이다.

난류 모델의 종류

층류(Laminar)

simulationType  laminar;

뉴턴 유체의 경우 아무런 추가 설정이 없다. 비뉴턴체의 경우 laminar 딕셔너리에서 모델을 설정한다. 비뉴턴유체 모델은 Cross, Herschel-Bulkley, Bird-Carreau, Non-Newtonian power law를 선택할 수 있다. 각 모델의 계수는 다음과 같이 설정한다.

Cross

laminar
{
    model           generalizedNewtonian;
    viscosityModel  CrossPowerLaw;
    CrossPowerLawCoeffs
    {
        nu0     <value>;
        nuInf   <value>;
        m       <value>;
        n       <value>;
        tauStar <value>;
    }
}

Herschel-Bulkley

laminar
{
    model           generalizedNewtonian;
    viscosityModel  HerschelBulkley;
    HerschelBulkleyCoeffs
    {
        nu0     <value>;
        tau0    <value>;
        k       <value>;
        n       <value>;
    }
}

Bird-Carreau

laminar
{
    model           generalizedNewtonian;
    viscosityModel  BirdCarreau;
    BirdCarreauCoeffs
    {
        nu0     <value>;
        nuInf   <value>;
        k       <value>;
        n       <value>;
        a       <value>;
    }
}

Non-Newtonian power law

laminar
{
    model           generalizedNewtonian;
    viscosityModel  powerLaw;
    powerLawCoeffs
    {
        nuMax   <value>;
        nuMin   <value>;
        k       <value>;
        n       <value>;
    }
}

Spalart-Allmaras

항상 다음과 같다.

simulationType  RAS;
RAS
{
    RASModel            SpalartAllmaras;
    turbulence          on;
    printCoeffs         on;
    viscosityRatioMax   <value>;
}

k-epsilon

simulationType  RAS;
RAS
{
    RASModel            kEpsilon; // RNGkEpsilon, realizableKE, realizableKEtwoLayer
    turbulence          on;
    printCoeffs         on;
    viscosityRatioMax   <value>;
    kEpsilonCoeffs
    {
        Prt     <value>;
        Sct     <value>;
    }
    ReyStar     60;
    deltaRey    10;
}

RASModel 은 k-epsilon인 경우 Standard일 때는 kEpsilon, RNG일 때는 RNGkEpsilon, Realizable일 때는 realizableKE 를 사용한다. Enhanced wall treatment 옵션이 켜지면 realizableKEtwoLayer를 사용한다.

Prt 는 난류 프란틀 수(Turbulent Prandtl Number)의 내부 유동변수에 사용(for internal Field)에 입력된 값이다.

Sct 는 난류 슈미트 수(Turbulent Schmidt Number)의 값이다.

ReyStar 와 deltaRey 는 realizable 모델에서 벽함수가 Enhanced Wall Treatment(two layer)일 때만 사용되며 항상 60과 10이다.

SST k-omega

항상 다음과 같다.

simulationType  RAS;
RAS
{
    RASModel            kOmegaSST;
    turbulence          on;
    printCoeffs         on;
    viscosityRatioMax   <value>;
}

LES

LES 모델의 _simulationType_은 LES 이다. Subgrid-Scale 모델과 Length-Scale 모델을 설정하고 그에 따른 딕셔너리가 필요하다.

Subgrid-Scale 모델은 LESModel 에서 설정하고 Length-Scale 모델은 delta 에서 설정한다.

simulationType          LES;
LES
{
    LESModel            <Smagorinsky or WALE or dynamicKEqn or kEqn>;
    turbulence          on;
    printCoeffs         off;
    delta               <cubeRootVol or dynamicKEqn or kEqn>; 
    viscosityRatioMax   <value>;
    SmagorinskyCoeffs
    {
        Ck              <value>;
        Ce              <value>;
        Sct             <value>;
    }
    cubeRootVolCoeffs
    {
        deltaCoeff      1;
    }
}

Subgrid-Scale 모델

Smagorinsky-Lilly(Smagorinsky), WALE(WALE), Kinetic-Energy Transport(dynamicKEqn), One Equation Eddy Viscosity(kEqn) 4가지를 선택할 수 있다. Smagorinsky-Lilly일 때는 위와 같으며, 나머지들의 딕셔너리는 다음과 같다.

WALE

    WALECoeffs
    {
        Ck      <value>;
        Ce      <value>;
        Cw      <value>;
        Sct     <value>;
    }

Kinetic-Energy Transport

    dynamicKEqnCoeffs
    {
        filter      simple;
        Sct         <value>;
    }

One Equation Eddy Viscosity

    kEqnCoeffs
    {
        Ck      <value>;
        Ce      <value>;
        Sct     <value>;
    }

Sct 는 난류 슈미트 수이다. 화학종을 계산할 때만 입력창이 나타난다. 화학종 계산이 없을 때는 항상 0.7을 사용한다.

Length-Scale 모델

Cube-root Volume(cubeRootVol), Van Driest(dynamicKEqn), smooth(smooth) 3가지를 선택할 수 있다. Cube-root Volume일 때는 위와 같으며, 나머지들의 딕셔너리는 다음과 같다.

Van Driest

    vanDriestCoeffs
    {
        delta           cubeRootVol;
        kappa           0.41;
        Aplus           26;
        Cdelta          0.158;
        calcInterval    1;
        cubeRootVolCoeffs
        {
            deltaCoeff  2.0;
        }
    }

smooth

    smoothCoeffs
    {
        delta           cubeRootVol;
        maxDeltaRatio   1.1;
        cubeRootVolCoeffs
        {
            deltaCoeff  1;
        }
    }

DES

DES 모델의 _simulationType_은 LES 이다.

RAS 모델, DES 옵션, Length-Scale 모델을 설정하고 그에 따른 딕셔너리가 필요하다.

simulationType          LES;
LES
{
    LESModel            SpalartAllmarasDES; //kOmegaSSTDES; 
    turbulence          on;
    delta               <cubeRootVol or dynamicKEqn or smooth>;
    viscosityRatioMax   <value>;
    SpalartAllmarasDESCoeffs
    {
        CDES            <value>;
        lowReCorrection <yes or no>;
        Sct             <value>;
    }
    kOmegaSSTDES
    {
        CDESkom         <value>;
        CDESkeps        <value>;
        Sct             <value>;
    }
    cubeRootVolCoeffs
    {
        deltaCoeff      1;
    }
}

RAS 모델은 LESModel 에서 설정하고 Length-Scale 모델은 delta 에서 설정한다.

RAS 모델

Spalart-Allmaras(SpalartAllmarasDES), k-omega SST(kOmegaSSTDES) 2가지를 선택할 수 있다.

Spalart-Allmaras일 때 Low-Re Damping 옵션이 있다. 이 옵션을 사용할 때는 SpalartAllmarasDESCoeffs 딕셔너리의 lowReCorrection 이 _yes_가 되고 아닐 때는 _no_가 된다.

DES 옵션

DES 옵션의 Delayed DES를 켜면 Shielding Function 옵션이 나타나고 DDES와 IDDES를 선택할 수 있다. IDDES를 선택하면 Lengh-Scale 모델은 없어진다.

DDES를 선택하면 LESModel 이 RAS 모델에 따라 SpalartAllmarasDDES, kOmegaSSTDDES 가 된다.

simulationType          LES;
LES
{
    LESModel            SpalartAllmarasDDES; //kOmegaSSTDDES;
    turbulence          on;
    delta               <cubeRootVol or dynamicKEqn or smooth>;
    viscosityRatioMax   <value>;
    SpalartAllmarasDDESCoeffs
    {
        CDES            <value>;
        lowReCorrection <yes or no>;
        Sct             <value>;
    }
    kOmegaSSTDDES
    {
        CDESkom         <value>;
        CDESkeps        <value>;
        Sct             <value>;
    }
    cubeRootVolCoeffs
    {
        deltaCoeff      1;
    }
}

IDDES를 선택하면 LESModel 이 RAS 모델에 따라 SpalartAllmarasIDDES, kOmegaSSTIDDES 가 된다.

simulationType          LES;
LES
{
    LESModel            SpalartAllmarasIDDES; //kOmegaSSTIDDES;
    turbulence          on;
    delta               IDDESDelta;
    viscosityRatioMax   1e5;
    SpalartAllmarasIDDESCoeffs
    {
        CDES            <value>;
        lowReCorrection <yes or no>;
        Sct             <value>;
    }
    kOmegaSSTIDDES
    {
        CDESkom         <value>2;
        CDESkeps        <value>;
        Sct             <value>;
    }
    IDDESDeltaCoeffs
    {
        hmax maxDeltaxyzCubeRoot;
        maxDeltaxyzCubeRootCoeffs
        {
        }
    }
}

Length-Scale 모델

Lengh-Scale 모델은 LES에서와 같다.