Frage:
Ableiten der turbulenten kinetischen Energiegleichung
Paul
2016-04-05 03:05:15 UTC
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Ich versuche, die Ableitung der turbulenten kinetischen Energiegleichung zu verstehen, wie in diesem Link beschrieben: Bewertung von RANS-Turbulenzmodellen für Strömungsprobleme mit erheblichem Einfluss von Grenzschichten.

Ich kann Gleichung 2.26 auf Folie 11 (dh Seite 9) folgen, in der

$$ \ rho \ overline {\ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle t } u_i '} + \ rho \ left (\ overline {u_j \ frac {\ partielle u_i} {\ partielle x_j} u_i} - \ bar {u} _j \ frac {\ partielle u_i'} {\ partielle x_j} \ bar {u} _i \ right) = - \ overline {\ frac {\ partielle p '} {\ partielle x_j} u_i'} + \ nu \ overline {u_i '\ nabla ^ 2u_i'} + \ rho \ frac {\ partielle (\ overline {u_i'u_j '})} {\ partielle x_j} \ bar {u} _i, $$

wobei die Überstriche die Ensemble-Durchschnittswerte der Mengen unter den Balken bezeichnen. Beachten Sie, dass hier der Durchschnitt eines Produkts nicht unbedingt dem Produkt des Durchschnitts jedes Begriffs entspricht.

Gemäß dem Link, der nur Mittelungsregeln verwendet, wird der Begriff

$$ \ left (\ overline {u_j \ frac {\ partielle u_i} {\ partielle x_j} u_i} - \ bar {u} _j \ frac {\ teilweise u_i '} {\ partielle x_j} \ bar {u} _i \ rechts) $$

kann vereinfacht werden, um

$ zu werden $ \ overline {u_i '\ frac {u_i'} {\ partielle x_j}} \ bar {u} _j + \ overline {\ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle x_j} u_i'u_j'} + \ overline { \ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle x_j} u_j'} \ bar {u} _i + \ overline {u_j'u_i '} \ frac {\ partielle u_i} {\ partielle x_j}. $$

Wenn ich dies direkt in die vorherige Gleichung einsetze, erhalte ich

$$ \ rho \ left (\ overline {\ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle t} u_i'} + \ overline {u_i '\ frac {u_i'} {\ partielle x_j}} \ bar {u} _j + \ overline {\ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle x_j} u_i'u_j'} + \ underbrace {\ overline {\ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle x_j} u_j'} \ bar {u} _i} _ {\ text {meine 4. Amtszeit}} + \ overline {u_j'u_i '} \ frac {\ partielle u_i} {\ partielle x_j} \ rechts) = - \ overline {\ frac {\ partielle p '} {\ partielle x_j} u_i'} + \ nu \ overline {u_i '\ nabla ^ 2u_i'} + \ rho \ frac {\ teilweise (\ overline {u_i'u_j '})} {\ partiell x_j} \ bar {u} _i. $$

Ihre Ableitung ergibt jedoch

$$ \ rho \ left (\ overline {\ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle t} u_i'} + \ overline {u_i '\ frac {u_i'} {\ partielle x_j}} \ bar { u} _j + \ overline {\ frac {\ partielle u_i '} {\ partielle x_j} u_i'u_j'} + \ underbrace {\ overline {\ frac {\ partielle u_i'u_j '} {\ partielle x_j}} \ bar {u} _i} _ {\ text {ihr 4. Term}} + \ overline {u_j'u_i '} \ frac {\ partielle u_i} {\ partielle x_j} \ rechts) = - \ overline {\ frac {\ partielle p '} {\ partielle x_j} u_i'} + \ nu \ overline {u_i '\ nabla ^ 2u_i'} + \ rho \ frac {\ partielle (\ overline {u_i'u_j '})} {\ partielle x_j} \ bar {u} _i. $$

Der einzige Unterschied zwischen meiner Ableitung und ihrer ist der 4. Term auf der linken Seite der Gleichung. Ich bin sicher, dass ihr 4. Term korrekt ist, da er mit einem Term auf der rechten Seite der Gleichung aufgehoben werden soll. Ich kann jedoch nicht herausfinden, wie sie ihren 4. Term auf der LHS der Gleichung erhalten haben. Der Link deutet darauf hin, dass die Kettenregel und die Inkompressibilitätsannahme beteiligt sind, aber ich bin nicht sicher, wie.

Insbesondere wird der Überstrichbegriff $ \ overline {u_i'u_j '} $ als ein einziger behandelt Begriff. Wie kann ich also die Kettenregel auf $ \ frac {\ teilweise (\ overline {u_i'u_j '})} {\ teilweise x_j} $ anwenden?

Alle Hinweise zum Ausführen der fehlenden Schritte sind sehr willkommen.

Einer antworten:
Ben Trettel
2016-04-05 04:00:56 UTC
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Die beiden Terme sind aufgrund der Produktregel und der Kontinuitätsgleichung gleich. Die Verwendung der Kontinuitätsgleichung ist jedoch möglicherweise nicht offensichtlich.

In ihrer Notation lautet die Reynolds-Zerlegung $ u_i = \ overline {u} _i + u ^ \ prime_i $. Die Kontinuitätsgleichung und die Mittelwertbildung führen zu:

$$ \ frac {\ partielle \ Überlagerung {u} _j} {\ partielle x_j} = 0 $$

Subtrahieren Sie die obige Gleichung aus der nicht gemittelten Kontinuitätsgleichung, um zu sehen, dass die Schwankungen auch divergenzfrei sind:

$$ \ frac {\ partiell u ^ \ prime_j} {\ partiell x_j} = 0 $$

Wenden Sie nun die Produktregel auf den interessierenden Begriff an (vor der Mittelwertbildung):

$$ \ frac {\ partielle u ^ \ prime_i u ^ \ prime_j} {\ partielle x_j} = u ^ \ prime_j \ frac {\ partielles u ^ \ prime_i} {\ partielles x_j} + u ^ \ prime_i \ frac {\ partielles u ^ \ prime_j} {\ partielles x_j} $$

Der zweite Term ist Null durch Kontinuität wie oben gesehen, und dies vervollständigt die Ableitung. Die Durchschnittswerte pendeln, sodass der Durchschnitt einer Ableitung der gleiche ist wie die Ableitung des Durchschnitts.

Der Begriff "Kettenregel" ist hier irreführend ... Die Produktregel ist das, was wirklich angewendet wird, nicht die Kettenregel.
Ja du hast Recht. Ich habe darüber nachgedacht, was Sie vorgeschlagen haben, aber am Ende etwas anderes gemacht. Ich habe die Antwort korrigiert. Vielen Dank.


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