大涡模拟无法算出湍流是因为什么? 在计算流体力学里,什么是大涡模拟?

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-15

初始流场可以加一点脉动来加速充分发展。但是在计算过程中去叠加一个正弦函数在周期边界上我是无法理解了,这到底是人工加的函数主导还是NS方程自然求解呢。这么一加在入口不满足N-S方程吧。你的想法是正确的,只要充分发展一定会有湍流,但是雷诺数不能太低。具体原因可能是雷诺数太低or网格太疏。雷诺数和网格无量纲尺度那么重要的参数你不提就来问问题你叫人怎么回答。顺便提一下,用周期边界的话别忘了加压力梯度。补充:看了下其他回答,真是从来没亲自算过的人也会瞎扯。有人说周期边条的问题;有人说本来就算不出,还亲自算了个2D网格的LES。我只能说不懂LES的人不要一本正经的瞎扯了。LES对网格密度有着极为细致的要求,随便画个网格算一下就拿来作为依据真是够了。实际上计算的时候只需要初始条件有扰动,很快就可以发展为fully developed channel flow。如果初始条件没有扰动,只要计算时间足够长,依靠数值误差完全可以做到充分发展的。还有,channel flow入口速度给个定值的也是乱来,入口给定值的相当于模拟雷诺的那个转捩实验了,这和充分发展channel flow完全是两回事,转捩模拟和充分发展槽道流完全是两个不同的算例。我只能说不服来战。我这有OpenFOAM Re_tau=395的算例,Delta X^+ = 40, Delta Z^+=20,用的就是周期边界加压力梯度来保证充分发展。时间是二阶隐式,空间是二阶中心差分。计算域范围是10Delta * 2Delta * 3Delta,0.72 million的网格。周期边界一点问题都没有,也并不需要在入口边界额外加扰动。这是我把pressure source文件给了你之后过去几天,你给我发的邮件,需要更正的地方太多,刚入门CFD的同学可以学习一下。



最近也算了一些channel flow的问题,所以也就不请自答了。如果想要channel里的层流尽快发展成湍流,对于初始条件应该在parabolic的形式只是上加上一些扰动。这种扰动不应该是随机的,因为随机的扰动也很容易被耗散掉。所以扰动的形式应该结合边界层附近的湍流结构来加入。关于这方面的内容,参考:"The Potential of Large Eddy Simulation for the Modeling of Wall Bounded Flows"。作者Eugene de Villiers是OpenFOAM的开发者之一,和Henry Weller以及Hrvoje Jasak同为帝国理工David Gossman的学生。在他的博士论文里,主要先介绍了边界层附近的湍流结构,再次基础上讨论各种wall modelling。在文章的162页左右给出了初始条件的扰动形式。题外话,作为OpenFOAM的开发者之一,Eugene其实在OpenFOAM里留下很多痕迹。tutorials里的算例大多数LES model用的都是one equation model。在他的论文里他也提到了这种偏好。相比之下,学术里更加流行的dynamics Smagorinky模型就少见很多。如果你也是使用OpenFOAM,可以考虑直接使用Eugene提供的perturbU的工具。这个工具的原理就是他的论文里提到的。关于cfd-online上讨论perturbU的问题还是有很多的,搜一下perturbU+cfd-online就出来了。



大涡模拟无法算出湍流是什么原因~

可以,二维模型时FLUENT隐藏了LES(三维可以直接使用)。打开Model->Viscous的湍流模型窗口,在FLUENT右下角的指令窗中输入一下内容:
(rpsetvar 'les-2d? #t)
回车后,关闭并再次打开Viscous窗口,就可以找到Large Eddy Simulation模型了。
希望对你有帮助。

大涡模拟(Large Eddy Simulation-LES)是近30年来才发展起来的一种新型的紊流模型。它是对流体运动中起重要作用的大涡进行直接计算,对其中起较小作用的小涡进行模拟的一种方法。它能够反映出流体中的脉动运动,进而能计算出污染物在其中运动的差异性。

http://www.cws.net.cn/Journal/slxb/200209/10.htm


湍流大涡数值模拟的理论和应用
ISBN: 978-7-302-16777-8
出版社: 清华大学出版社
出版日期: 2008年1月1日
编著者: 张兆顺

湍流是广泛存在于自然界和工程中的流动现象,例如:大气、海洋与河
流中流体的运动,飞行器周围空气的运动,船舰周围水流的运动以及流体机
械中空气或水流的运动等都呈湍流状态。湍流是十分复杂的多尺度不规则
流动,个别简单的湍流问题可以应用理论分析近似地获得它的流动特性,实
际湍流问题的预测主要采用物理实验和数值模拟方法。随着计算机的迅速
发展,湍流的数值模拟日益得到重视,已经成为预测自然环境和工程流动的
主要手段之一。
现有的湍流数值模拟方法有3种:直接数值模拟、大涡数值模拟和雷诺
平均模拟。
直接数值模拟不需要对湍流建立模型,采用数值计算直接求解流动的
控制方程。由于湍流是多尺度的不规则流动,要获得所有尺度的流动信息,
需要很高的空间和时间分辨率,也就是需要巨大的计算机内存和耗时很大
的计算量。目前,直接数值模拟只能计算雷诺数较低的简单湍流运动,例如
槽道或圆管湍流,它还不能作为复杂湍流运动的预测方法。
工程中广泛应用的湍流数值模拟方法采用雷诺平均模型,这种方法将
流动的质量、动量和能量输运方程进行统计平均后建立模型。雷诺平均模
型不需要计算各种尺度的湍流脉动,它只计算平均运动,因此它的空间分辨
率要求低,计算工作量小。雷诺平均模型的主要缺点是它只能提供湍流的
平均信息,这对于近代自然环境的预报和工程设计是远远不够的;雷诺平均
模型的致命弱点是它的模型没有普适性。
20世纪70年代,一种新的湍流数值模拟方法问世,即大涡数值模拟。
它的主要思想是:大尺度湍流直接使用数值求解,只对小尺度湍流脉动建立
模型。所谓小尺度,习惯上是指小于计算网格的尺度,而大于网格尺度的湍
流脉动通过数值模拟获得。这种新方法的优点是:对空间分辨率的要求远
小于直接数值模拟方法;在现有的计算机条件下,可以模拟较高雷诺数和较
复杂的湍流运动;另一方面,它可以获得比雷诺平均模拟更多的湍流信息,
例如,大尺度的速度和压强脉动,这些动态信息对于自然环境预报和工程设
计是非常重要的。
随着计算机的发展,大涡数值模拟有可能在不远的将来成为预测实际
流动的手段。从20世纪90年代开始,大涡数值模拟方法已成为湍流数值
模拟的热门课题,与湍流问题有关的广大科技工作者纷纷应用大涡数值模
拟方法预测湍流,甚至流动计算的商业软件中也增设了大涡数值模拟的
模块。
http://book.beifabook.com/product/BookDetail.aspx?Plucode=730216777


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