于洋磊，曾志新，冯博，胡天相，董愚

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

0 引言

排放后处理系统是汽车的重要组成部分，负责对废气进行处理以满足排放法规要求并将其顺利排出。其流场及背压将直接影响到发动机的经济性、动力性及声品质[1]。作为分析排放后处理系统流场的主要方法，CFD数值仿真在前期设计阶段可对其性能进行分析，缩短开发周期并减少成本，但目前还未发现适用于所有工程流体问题的湍流模型，因此针对具体工程问题，进行不同湍流模型的适用性研究就变得重要起来[2]。本文作者选取Spalart-Allmaras、标准K-Epsilon、Realizable K-Epsilon和SST K-Omega 4种典型的湍流模型，在进行理论分析的基础上，利用STAR-CCM+软件对排放后处理系统流场进行了系统研究，并与试验结果进行对比分析，获得了各湍流模型的适用性状况，所得结论对排放后处理系统的开发具有一定的指导意义。

1 湍流模型

1.1 Spalart-Allmaras湍流模型

(1)

Spalart-Allmaras模型在航空航天应用较广，适用于边界层及轻微分离流动模拟，但对射流自由剪切等精度较差。

1.2 标准 K-Epsilon湍流模型

标准 K-Epsilon模型[4]是应用范围最广的湍流模型，通过求解湍流动能方程(κ方程)和湍流耗散率方程(ε方程)来计算得到湍动黏度μt，其输运方程为：

(2)

(3)

式中:ui为平均速度；σκ,σε,c1,c2为经验常数。

标准K-Epsilon模型形式简单且计算量小，但其主要适用于高雷诺数湍流，对于雷诺数较低的近壁面区域有局限性,且在计算强旋流、漩涡等工程流体时精度较低。

1.3 Realizable K-Epsilon湍流模型

Realizable K-Epsilon[5]模型相比标准 K-Epsilon模型，湍流耗散率采用了新的输运方程：