如果用DPMFoam求解稀相流会怎么样?误差大么


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    @alvin如果用DPMFoam求解稀相流会怎么样?误差大么 中说:

    出于什么考虑呢?测试的考虑重力后就不合理了.

    我需要深入研究一下。主要起源于体积力重力的处理,从期刊看到的公式来看,重力项的处理不太一样,比如下面这俩个:

    0_1523417739053_捕获.PNG

    0_1523417745705_捕获2.PNG

    我怀疑还是粒子压力梯度的处理问题,http://www.cfd-china.com/topic/1488 在弄清楚之后,可以从代码上进而在结果上解释原因。

    目前的猜测,DPMFoam连续性方程里面的phiForces引起的重力驱动流动。后续我会更新。



  • 谢谢您耐心的讲解,受教了,可是如果关掉重力,DPmFoam求解器是不是就不能考虑颗粒受重力的情况了,感觉这个求解器的处理不是很理解


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    问题是phiForces导致,比如重力向下,那么phiForces将为负值,其产生一个向下的速度。目前我自己的求解器也遇到了这个问题。还需要进一步研究。还不能说是DPMFoam的bug,因为我用这个模拟过气泡流,结果不错。

    我要看一下密度为常数的情况下,速度和压力的平衡处理。


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    一个解决办法是将浮力项和重力项进行下面的转换(参考其他求解器):$\nabla p - \rho \mathbf{g}=\nabla p_{\mathrm{rgh}}+\mathbf{g} \mathbf{h} \nabla \rho$,我植入看看。



  • 真是太谢谢您了,不过排除了案例本身设置的问题外,从物理直观上不好理解同样求解不可压缩流场,simpleFoam不考虑重力,DPMFoam流体动量方程考虑重力就不合理。


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    0_1523837840346_2018-04-16 08-15-57屏幕截图.png

    pEqn.H改为p_rghEq.H之后,初步看起来是合理的,上图左侧为一个渐进的,下面越来越大的水压,右侧速度为0(1e-10)。这只一种单相附加重力的静态模拟。不过还需要进一步测试。

    http://dyfluid.com/buoyantPimpleFoam.html 我在这里添加了点内容,跟这个有关



  • @东岳 参考您提供的网址 http://dyfluid.com/buoyantPimpleFoam.html 中的部分解析,下面这个方程替换若应用于DPMFoam求解器中不可压缩流场的求解,动量方程中等效于不考虑重力

    0_1523842729945_捕获.PNG

    您提到“OpenFOAM中并没有附加重力的单相流求解器”,显然“buoyantPimpleFoam是OpenFOAM的传热求解器之一,其用于求解瞬态的、由于温度变化导致的密度变化、浮力驱动流动。”,受重力(浮力)驱动。
    物理上讲,不管流体可压与否,重力做功会对竖直方向上的流动产生影响。最好还是能够了解到DPMFoam求解器中流场代码植入之所以是现在这个样子,它的设计思想及应用范围,目前测试来看,在求解不可压缩单相流场时,至少它不是通用的。


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    谢谢。

    OpenFOAM中并没有附加重力的单相流求解器

    已更改为

    OpenFOAM中并没有附加重力的恒密度单相流求解器。例如在恒密度的icoFoam和simpleFoam中,是压力差引起的流体流动。

    最好还是能够了解到DPMFoam求解器中流场代码植入之所以是现在这个样子,它的设计思想及应用范围,目前测试来看,在求解不可压缩单相流场时,至少它不是通用的。

    DPMFoam主要用于气固流动,连续相密度远小于固相,空气的密度无法引致这么大的压力差。这不同于气液(连续相密度大于离散相)。


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    DPMFoam主要用于气固流动,连续相密度远小于固相,空气的密度无法引致这么大的压力差。这不同于气液(连续相密度大于离散相)。

    一个解决办法是将浮力项和重力项进行下面的转换(参考其他求解器):$\nabla p - \rho \mathbf{g}=\nabla p_{\mathrm{rgh}}+\mathbf{g} \mathbf{h} \nabla \rho$,我植入看看。

    更简单的方法是,将DPMFoam代码中进行下面的改动:

    surfaceScalarField phicForces
    (
       fvc::flux(rAUc*cloudVolSUSu/rhoc) + rAUcf*(g & mesh.Sf())*1000
    );
    

    后面的1000是连续相的密度,因为DPMFoam默认求解气固,气体的密度为1. 如果用DPMFoam求解气液,液体的密度假定为1000,乘上去即可。

    主要体现在压力求解的正确性,不乘以1000,导致静水压压力大小分布不正确。要进行测试:随便模拟一个1米高的容器,充满水,看内部的压力分布。这种情况压力底部的精确解为101325+9.81*1000*1=111325. 如果不进行代码更正,求解后底部的压力为101325+9.81*1*1=101334.



  • @东岳 谢谢您的耐心回复!

    您回复中

    提到"…后面的1000是连续相的密度,因为DPMFoam默认求解气固,气体的密度为1. 如果用DPMFoam求解气液,液体的密度假定为1000,乘上去即可。"
    既然DPMFoam默认求解气固,气相密度默认为1(适用于我目前求解的算例,就是单纯的空气流场,但结果明显不好),右端重力项乘以1000中的1000替换为rhoc是否可以?

    参照 多相流数学模型 http://dyfluid.com/docs/multiphase.html 3.3 连续相模型之欧拉模型(宏观模型):
    0_1524557588878_连续相方程.PNG
    对DPMFoam求解器中UcEqn.H进行修正的话,是否方程中各项均应乘或者除以一个rhoc,对连续相的动量方程两端作统一的密度处理,而不仅仅是目前采用的在 (1.0/rhoc)*cloudSU 这一项中由于相间动量耦合而考虑rhoc的影响,(UcEqn.H原代码如下:)

    //
     fvVectorMatrix UcEqn
    (
        fvm::ddt(alphac, Uc) + fvm::div(alphaPhic, Uc)
      - fvm::Sp(fvc::ddt(alphac) + fvc::div(alphaPhic), Uc)
      + continuousPhaseTurbulence->divDevRhoReff(Uc)
     ==
        (1.0/rhoc)*cloudSU
    );
    
    UcEqn.relax();
    
    volScalarField rAUc(1.0/UcEqn.A());
    surfaceScalarField rAUcf("Dp", fvc::interpolate(rAUc));
    
    surfaceScalarField phicForces
    (
       (fvc::interpolate(rAUc*cloudVolSUSu/rhoc) & mesh.Sf())
     + rAUcf*(g & mesh.Sf())
    );
    
    if (pimple.momentumPredictor())
    {
        solve
        (
            UcEqn
         ==
            fvc::reconstruct
            (
                phicForces/rAUcf - fvc::snGrad(p)*mesh.magSf()
            )
        );
    }
    //
    

  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    @alvin
    非常感谢,确实如此,我再重新植入一下。

    最近在植入自己的算法,算气固非常完美(连续相密度为1),算气液就是耦合作用太小(连续相密度为1000),差点劲,感觉是密度方面的原因导致耦合部分的效果太小了。需要重新研究一下。



  • @东岳 再次感谢老师的回复。诚如您所说的那样,连续相动量方程中不考虑耦合的颗粒动量传递外,其它各项确实没有考虑连续相密度,默认为1?那么动量耦合项中的密度在数值上也就不起作用了。

    您提到"…最近在植入自己的算法,算气固非常完美(连续相密度为1)…"是指“…一个解决办法是将浮力项和重力项进行下面的转换(参考其他求解器):∇p−ρg=∇prgh+gh∇ρ,我植入看看…”这个解决办法吗?如果是的话,需要了解一下这样转换的逻辑基础,正如interFoam求解器中动量方程右端也是这样的转换,但显然interFoam求解器基于VOF模型,求解两相流采用同一套动量方程(方程中不显示相分数,单独求解相分数方程区分相态)描述两相的状态,两相作为混合物(密度采用均相密度)其在相界面是存在不为0的密度梯度的,∇p−ρg=∇prgh+gh∇ρ 这样的转换有其逻辑基础;DPMFoam求解器的连续相动量方程中左端有相分数(考虑稠密颗粒流,体积分数较大的情况),右端的重力项、压力梯度项中(根据颗粒受不受压力梯度力可考虑在该项中加不加相分数)却没有,和以下公式是否矛盾?(参照 多相流数学模型 http://dyfluid.com/docs/multiphase.html 3.3 连续相模型之欧拉模型(宏观模型):)0_1524709050832_1524557589373-连续相方程.png

    上述方程同除以密度rhoc的话(连续相为不可压缩单相流体,这样处理是可以的),方程右端压力项也要除以rhoc,对比原始DPMFoam动量方程:

    //......
    surfaceScalarField phicForces
    (
       (fvc::interpolate(rAUc*cloudVolSUSu/rhoc) & mesh.Sf())
     + rAUcf*(g & mesh.Sf())
    );
    
    if (pimple.momentumPredictor())
    {
        solve
        (
            UcEqn
         ==
            fvc::reconstruct
            (
                phicForces/rAUcf - fvc::snGrad(p)*mesh.magSf()
            )
        );
    }
    

    只要让压力项除以rhoc,那么您提到的“最近在植入自己的算法,算气固非常完美(连续相密度为1),算气液就是耦合作用太小(连续相密度为1000),差点劲,感觉是密度方面的原因导致耦合部分的效果太小了。需要重新研究一下。”算气液的话,耦合部分相对于右端的其它项不就提高了吗?我需要测试一下。希望和您保持联系。


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    回帖很复杂。。。

    我这几天做一个带密度的可压缩的DPMFoam试试。


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    将pEqn.H改为p_rghEq.H之后,初步看起来是合理的,上图左侧为一个渐进的,下面越来越大的水压,右侧速度为0(1e-10)。这只一种单相附加重力的静态模拟。不过还需要进一步测试。

    1. 之前的植入,直接将将pEqn.H改为p_rghEq.H,是密度速度方程+prgh方程。虽然流场预测正确,但这种植入在密度不为1的时候耦合项不正确导致速度过低。

    2. 下午植入了密度的速度方程+p方程,在模拟静止的流体的时候压力正确,但有spurious velocity :zoule:

    我测试下带密度的方程+prhg方程。这个应该没问题了吧。目前openfoam这种可压缩动量方程+prgh方程是主流。

    模拟静止液体由于数值原因(静水压力和重力平衡)带来的spurious velocity:

    0_1525232363579_pic.png



  • “1.之前的植入,直接将将pEqn.H改为p_rghEq.H,是无密度速度方程+prgh方程。虽然流场预测正确,但这种植入在密度不为1的时候耦合项不正确导致速度过低。”
    在求解不可压缩流体时,动量方程等效于不考虑重力(其他单相不可压缩流体求解器如simpleFoam动量方程不考虑重力),无密度的速度方(密度为1)程中的耦合项在颗粒动量传递到连续相中时考虑了密度(密度为连续相的实际密度),这种处理对连续相的种类做了限定,比如说只能是空气。
    “下午植入了有密度的速度方程+p方程,在模拟静止的流体的时候压力正确,但有spurious velocity”
    您提到在模拟静止的流体的时候压力正确,言外之意,非静止流体还会出现之前速度发散的现象(流速预测过高)?



  • @东岳如果用DPMFoam求解稀相流会怎么样?误差大么 中说:
    单相可压DPMFoam求解器,应用领域比较局限了。。。



  • “…我测试下带密度的方程+prhg方程。这个应该没问题了吧。目前openfoam这种可压缩动量方程+prgh方程是主流”
    可压缩动量方程植入,至少还要添加能量方程,这样处理的话更加复杂了…是否单纯将重力项在有密度的连续性方程中去掉就好



  • @alvin
    DPMfoam的压力场给定的时候不是已经除过密度了吗?从0文件夹中p文件的量纲可以看出来。
    压力相的相分数是由颗粒相传递过来的压力力梯度导致的。



  • @linhan-ge 谢谢您的解答。从量纲上压力确实除以了密度,但是压力的数值处理上,动量方程中除以的密度默认为1(适用于空气),这是最重要的。“压力相的相分数是由颗粒相传递过来的压力力梯度导致的”,若是稀相流,压力梯度力不考虑,压力项中也就不存在相分数了。回归正题,DPMFoam求解的稀相流,误差有多大(我自己用DPMFoam单纯计算流场的算例考虑重力后是发散的)?DPMFoam动量方程中的重力项该如何处理才好(舍掉可好)?


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    DPMFoam动量方程中的重力项该如何处理才好(舍掉可好)?

    如果连续相给离散相的浮力很重要(比如气液),不可以舍去。如果连续相给离散相的浮力不重要(比如气固),可以舍去。