Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » معادلات رينولدز-نافير-ستوكس المتوسطة (RANS)

معادلات رينولدز-نافير-ستوكس المتوسطة (RANS)

1895
  • Osborne Reynolds
19th-century laboratory with Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equations for fluid mechanics analysis.

(صورة توضيحية فقط)

The Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are time-averaged equations of motion for turbulent fluid flow. This approach, called Reynolds decomposition, separates flow variables into a mean and a fluctuating component. The averaging process introduces an additional term, the Reynolds ضغط tensor, which represents the effect of turbulence and must be modeled to achieve closure, making simulations computationally tractable.

The core idea behind RANS is Reynolds decomposition, where an instantaneous quantity is split into its time-averaged and fluctuating parts. For velocity, this is [latex]u_i(x,t) = \bar{u}_i(x) + u’_i(x,t)[/latex]. When this is substituted into the Navier-Stokes equations and the equations are time-averaged, the non-linear convective term generates a new term, [latex] -\rho \overline{u’_i u’_j} [/latex], known as the Reynolds stress tensor. This tensor represents the net transfer of momentum due to turbulent fluctuations.

The appearance of this unknown tensor leads to the ‘closure problem’ of turbulence: there are more unknowns than equations. To solve the system, the Reynolds stresses must be related to the mean flow quantities through a turbulence model. The most common approach is the Boussinesq hypothesis, which assumes the Reynolds stresses are proportional to the mean strain rate, introducing an ‘eddy viscosity’ or ‘turbulent viscosity’. This is analogous to how molecular اللزوجة relates stress to strain rate in laminar flow. Turbulence models, such as the popular k-ε (k-epsilon) and k-ω (k-omega) models, are sets of additional transport equations used to compute this eddy viscosity throughout the flow field. For example, the k-ε model solves for the turbulent kinetic energy (k) and its rate of dissipation (ε). RANS provides a good balance of accuracy and computational cost for many engineering applications, as it avoids the prohibitive expense of resolving all turbulent eddies directly.

UNESCO Nomenclature: 2205
– Fluid Mechanics

يكتب

نظام مجرد

خلل

أساسيات

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • معادلات نافييه-ستوكس
  • Osborne Reynolds’ experiments on flow transition from laminar to turbulent
  • الميكانيكا الإحصائية ومفاهيم المتوسط ​​الزمني
  • Joseph Boussinesq’s eddy viscosity hypothesis

التطبيقات

  • تصميم أجنحة وهياكل الطائرات التجارية
  • تحليل الآلات التوربينية مثل الطائرات النفاثة والتوربينات
  • التصميم الهيدروديناميكي لهياكل السفن
  • نمذجة التدفق في محركات الاحتراق الداخلي
  • تطبيقات الهندسة المدنية مثل تحميل الرياح على المباني
  • العلوم الرياضية لتحليل الديناميكا الهوائية للرياضيين والمعدات

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • نماذج Rans المعززة بالتعلم الآلي والتي تتعلم من بيانات DNS عالية الدقة
  • تحسين قائم على Rans لتقليل الضوضاء الناتجة عن معدات هبوط الطائرات
  • real-time rans simulations for controlling wind farm turbine yaw angles
  • نمذجة تخثر الدم والتخثر باستخدام متنبئات الاضطرابات القائمة على RANS
  • simulating atmospheric boundary layer interactions with urban heat islands
  • تحسين عمليات الخلط الكيميائي في المفاعلات الصناعية
  • التنبؤ بنقل الرواسب في الأنظمة النهرية أثناء أحداث الفيضانات
  • تطوير أنظمة تهوية مخصصة للمساحات المكتبية
Related to: rans, turbulence modeling, reynolds stress, closure problem, k-epsilon, k-omega, cfd, eddy viscosity.

السياق التاريخي

معادلات رينولدز-نافير-ستوكس المتوسطة (RANS)

1889
1890
1890
1895
1895
1896
1900
1888
1889
1890
1890
1895
1895
1899
1900

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.