紊流二三事 -認識紊流

如果有上過流體力學的話，對於這張圖大概並不陌生

按照流場型態來分的話，我們可以把它分成3種，層流，過渡，以及紊流。
具體來說就是動量傳遞由黏滯力所主導的流況逐漸往由漩渦傳遞的一個過程。
而我們所熟悉的標準Navier-Stokes 方程組一般是適用在層流的條件之下。

層不層流和穩不穩態，基本上是兩回事。
就算是進口的BC是不隨時間改變，產生的流場也有可能隨時間改變，想想經典的圓柱流。
但是如果它保持著層流的條件，NS方程組還是很好用的，可以直接轉暫態硬上。

-RANS
但是當流動條件變成紊流的時候，硬上NS方程組的計算量會大到不可行，因此使用的是修正版的
Reynolds-averaged Navier Stokes formulation (RANS)
這套方法把速度向拆成平均項(time-averaged: U)和波動項(fluctuation: u')兩項: u = U+u'

這裡其實帶出兩個暗示:
1. 波動項比起平均項的肯定是要相對小的
2. 在巨觀上，他可以有穩態的存在 (雖然微觀上肯定不是)
而為了描述新的紊流變量，各種紊流模型提出了不同的方法，擴張了數量不一的方程式，此容後表

我們沿著流動方向，把他們切成了層流，過渡流和紊流三區。
如果以縱切面來觀察紊流區，會發現比起層流區來的複雜許多。
至少，我們可以把他切成四區: Viscous sublayer, Buffer layerm, Log-law region, Free-stream。
其中邊界層包含了近壁面的兩層: Buffer layer + Viscous sublayer
針對邊界層處理方式的不同，大致分三種: 乖乖算，假裝沒看到，根據網格決定

最後RANS的描述不同搭配上邊界層處理的排列組合，產生了多種的紊流模型。
如果只是想要對紊流有基本概念的人，看到這裡就好，再看下去會長針眼。

下一篇會講各種紊流模型，為了怕有人誤入歧途，我們先停在這裡。