yPlus在openfoam代码里面的实现
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我做的压力驱动流,也是两个平板间的channel flow,上下有温差,但不考虑浮力。瞬时温度场长这样:
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没有具体看流线,但我觉得应该是弯曲的,不过不清楚是否是规律弯曲的。
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@李东岳 请教下李老师~对于这里计算uTau,我用dimensionedScalar 是可以运算的,但是用这块代码计算uTau会报错,可能理解不太对。对于forAll中的×××,认为是uTau, 在这之前,我先定义了uTau是一个体标量场,初始值给的0,您代码中的u.boundary中的u认为是U.component(0)(), 这样代码能编译成功,但是运行几步会报错,请老师指教一下,万分感激(Ps 我在湍流模型里面实现这几个量,离壁面距离已经给出了,就是y_):
volScalarField u(U.component(0)()); volScalarField uTau(0*sqrt(k_)); //dimensionedScalar uTau("uTau", dimVelocity, 1.003); dimensionedScalar uTausmall( "0", dimensionSet(0, 1, -1, 0, 0, 0, 0), 1e-20 ); forAll(uTau,patchi) { uTau.boundaryFieldRef()[patchi] = sqrt(nut.boundaryField()[patchi]*u.boundaryField()[patchi].snGrad()); } uadd_ = u/(uTau + uTausmall); yadd_ = y_*uTau/((this->mu()/this->rho_));
运行报错为:
#0 Foam::error::printStack(Foam::Ostream&) at ??:? #1 Foam::sigFpe::sigHandler(int) at ??:? #2 ? in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #3 Foam::sqrt(Foam::Field<double>&, Foam::UList<double> const&) at ??:? #4 Foam::sqrt(Foam::tmp<Foam::Field<double> > const&) at ??:? #5 Foam::RASModels::kOmegaSSTyuPlus<Foam::EddyDiffusivity<Foam::ThermalDiffusivity<Foam::CompressibleTurbulenceModel<Foam::fluidThermo> > > >::correct() at ??:? #6 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" #7 __libc_start_main in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #8 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" Floating point exception (core dumped)
说是这个里面的sqrt传入变量不对?
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@fangyuanaza 在 yPlus在openfoam代码里面的实现 中说:
u.boundaryField()[patchi].snGrad()
u.boundaryField()[patchi].snGrad()
加上 mag 试试,也就是改成
mag(u.boundaryField()[patchi].snGrad())
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@xpqiu 谢谢老师~按您这样修改以后,确实没有sqrt的错误了,但是还有错误没有解决:
#0 Foam::error::printStack(Foam::Ostream&) at ??:? #1 Foam::sigSegv::sigHandler(int) at ??:? #2 ? in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #3 Foam::RASModels::kOmegaSSTyuPlus<Foam::EddyDiffusivity<Foam::ThermalDiffusivity<Foam::CompressibleTurbulenceModel<Foam::fluidThermo> > > >::correct() at ??:? #4 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" #5 __libc_start_main in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #6 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" Segmentation fault (core dumped)
#3应该是最关键的,但是学生不太理解的是编译的时候仅仅是在基本的kOmegaSST湍流模型修改的BasicTurbulencemodel,这里为什么会出现fluidThermo名称空间下的错误?
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forAll(uTau,patchi)
这里有问题,按照这样遍历,你其实遍历的是每一个体网格,假设你有1000个体网格,那么 patchi 的范围是0-999,但是你接下来的代码是把 patchi 当成边界的编号来用,肯定不行的。至于为什么出现 fluidThermo下面的报错,那个是因为湍流模型有着一个复杂的继承关系,可压缩的计算所使用的湍流模型就会用到 fluidThermo 类相关的东西。
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@xpqiu 理解了,因此我应该取uTau的边界网格进行遍历
forAll(uTau.boundaryFieldRef(),patchi)
或者
forAll(uTau.boundaryField(),patchi)
可以运行成功!但是这里对这种编程思路不太理解:
由李老师提供的公式来看,这里
uTau应该是一个体标量场,这个值应该在近壁面是较大的,因为速度梯度较大,也就是边界层内部值比较大。那么为什么仅给网格边界赋值呢?而且,壁面上nut为零。如果只对边界进行赋值的话,uTau在壁面也是零。我输出uTau对比过了,uTau模拟出来结果在远场上边界才有值,其余地方为零,这是因为壁面nut为零,而场内部初始话赋予的零为初始值。所以学生认为应该直接对整个网格场赋值。不知道理解对不对,请老师指点一下。
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@fangyuanaza
$u_{\tau}$ 应该是定义在壁面上的一个量,因为这个量跟壁面剪应力紧密关联,内部网格是没有壁面剪应力的。
首先,壁面剪应力的定义为
$$
\tau_w = \nu\frac{\partial u}{\partial y}
$$
$\nu$ 是分子粘度。
使用有限体积方法进行计算时,所有的计算都是离散的,因此
$$
\frac{\partial u}{\partial y} \approx \frac{u_{internal}-u_w}{\Delta y}
$$
$u_{internal}$ 表示第一层网格的速度,$u_w$ 是壁面速度,一般是0。
如果壁面附近网格画得很密(yPlus < 1),那么 $\frac{\partial u}{\partial y}$ 与 $\frac{u_{internal} - u_w}{\Delta y}$ 足够接近,因此这种情况下,壁面剪应力可以用
$$
\tau_w = \nu \frac{u_{internal}-u_w}{\Delta y}
$$但是如果壁面网格画得粗,那么 $\frac{\partial u}{\partial y}$ 与 $\frac{u_{internal} - u_w}{\Delta y}$ 之间的差异就会很大。 OpenFOAM 的做法是利用 $\nu_t$ 来修正分子粘度,从而使得
$$
\tau_w \approx (\nu+\nu_t) \frac{u_{internal}-u_w}{\Delta y}
$$回过头来看,其实不管是近壁网格画得粗还是细,都可以用上一个公式来计算 $\tau_w$ ,只不过壁面网格很细( yPlus<1)时,可以认为 $\nu_t = 0$(但是 $\nu$ 不会等于0,所以壁面剪应力不可能为0,$u_{\tau}$ 也不可能为0)。而对于比较粗的网格,$\nu_t$ 比 $\nu$ 大得多,所以也可以认为 $(\nu_t + \nu) \approx \nu_t$,这应该也就是李老师写的公式的来源。
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@xpqiu 感谢老师这么详细的指导!我这个算例是二维平板流动的,第一层y+<1,在粘性底层,所以nut为零,应该用nu。所以其实我根本不需要编程计算uTau,因为它可以由壁面监测的壁面摩擦力除以密度然后开根号得到。因为对于u+, y+曲线图来说,uTau在壁面固定地方是固定的。我也对比了这两个值,在边界上编程用nu代替nut,壁面摩擦速度数值是2.5657. 而用监测的壁面摩擦力及密度计算的壁面摩擦速度值是2.5734. 非常接近。再次感谢老师的指导,也感觉到看书的时候认为理解的概念,实际操作发现其实根本没懂,还是要多实践啊。谢谢老师~
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@Calf-Z-DNS 你好,看到你提的这个问题,请问你解决了吗?
我也想计算整个流动区域近壁面好几层网格的yPlus,而不是仅仅贴壁面的一层网格的yPlus,暂时我看到的wallShearStress和yPlus的计算都是贴壁面一层的值;
或者像东岳老师的示例代码那样直接给定了不变的uTau,而其实2维流动中,沿着流线方向uTau是变化的,所以我觉得比较复杂的是,怎么用某一壁面网格上的wallShearStress(或uTau)确定 对应法线方向上的多层网格yPlus,这个对应关系不知道如何寻找。
希望我表达清楚了,非常感谢!