Cd计算不准的问题-LES-Re3900-三维圆柱绕流-pisoFoam

wwzhao

backward 是二阶精度，Euler 是一阶精度。LES 和 DES 建议采用二阶精度的 backward。

backwardEuler 是啥？

Re=3900 的圆柱阻力系数的实验值应该是 0.99±0.05，1.1 差的还是有点远。

random_ran

@wwzhao

不好意思，是我犯错了。 fvScheme中用的是二阶精度的backward。

random_ran

@sorrby

的确，在从o-shape形状区域到wake区域的转换有一点瑕疵。转换比太大？我会重画一下网格再试试。

random_ran

首先，祝大家新年快乐！对一个月前的问题继续进行补充。

用了 dynamicKEq 的子网格，得到的阻力和升力系数如下：

计算还在继续，虽然现在只算了几个周期。Cd的均值在0.99左右，这个值和文献报道的数据非常接近了，但问题也很明显：居然出现了负的阻力系数。之前的模拟虽然Cd稍微偏高，但是阻力系数没有出现负值，甚至都没有下过1.00。网格是用的同一套，y+在1以下，Courant 最大值在整个过程中在0.2以下。

Lysenko, D. A. et al.(2012)同样用OpenFOAM进行了LES模拟三维圆柱绕流，其中他对比了两个子网格的不同，传统的SMAG以及dynamic k-equation(TKE)。论文中的Cd,Cl 历史如下：
。

他们的TKE模型计算得到的Cd的r.m.s 值很小，和我的试算反差很大。查看fvSolution文件后，我怀疑是残差标准的设置可能会影响数值计算结果，所以会想办法提高标准后看结果怎么样。

另外一个比较头疼的问题是尾流的速度曲线：文献中出现的这根曲线，横轴是计算域中轴线（原点在圆柱中心）；纵轴是进口速度方向上的速度大小，通常是非常平滑的，如下图：

而我的计算结果，请注意是黑色虚线那条：

虽然大体上类似，但是波动却非常明显，不知道这是什么原因造成的。我的采样点是从Cl的历史中，发现振荡稳定后，取了10个周期。而上篇文献则取了150多个周期，这个问题的来源吗？或许大家有更好的见解？

random_ran

换了计算域的形态，居然就能吻合得很好了。
Cd 均值 1.03； St 0.21; Cl_rms 0.20; 30个周期96核，只用了12个小时；
可是为什么之前矩形计算域，算出偏高的数值？
难道雷诺数一样，不同的流体性质，也会对计算结果产生影响？

4_1487101846107_Mean stream-wise velocity.png

sorrby

@random_ran 你这次只改了流场吗？你之前矩形的流畅有没有把过度的地方改一改，看看结果有影响吗？相同雷诺数，不同的流畅性质应该不会产生影响。

random_ran

@sorrby 改了很多地方，比如fvm 的scheme, 时间步长，收敛标准。

对于之前那套网格，实在是没有精力了。一个二维的网格就16W的cell了，已经做得很密了。反倒是圆形的这个计算域，只用到4W的cell就把很多参数算得很准了。要是有时间，再试试那个矩形的计算网格。

另外，我的意思是这样的，对于相同的雷诺数，不同的流体性质，会不会对一些测量参数产生一定范围内的影响？比如10%以内。

李东岳

赞 @random_ran 做科研的态度:laughing:

random_ran

@李东岳

多谢前辈鼓励！

Proud to be a FOAMer.

:happy:

yhdthu

你好，我做了一个类似的算例，不过是二维的试算，我查看了涡量，不知为何非常大，请问你有没有类似的问题呢？

yhdthu

另外还有，请问你的时间平均怎么做的呢？比如第一个图蓝色的线Cd，是把每个周期内t～t＋delta t的Cd做平均画出的图，还是直接吧0～t时间段的做平均？

random_ran

@yhdthu

Hi yhdthu:

我的这个case没有重点关注涡量的绝对大小。主要考察的是平均Cd， Strouhal 数，recirculation的长度。 voriticiy 只是用三维等值面做了一下wake的结构。不知道你的case 重点考察的对象是什么？如果你能提供的一下你的涡量考察的座标，我可以把我的数据提供给你。

对于蓝色的线的Cd 我是把每个一个时间步长的Cd都输出来。这个Cd是平均的整个Cylinder的表面。然后把每个时间点的Cd 对时间用matlab plot一下就是那张图了。

yhdthu

@random_ran
好的，谢谢你
第一个应该是用的DES模型计算的吧，我看帖子最上面的Cd随时间变化幅度很小，但是后面哪个用了动力模式做的Cd图波动很大，虽然均值基本上是和实验对得上的

我的目的是想做空化模拟，但事前要先将湍流结构捕捉的较好才可以，目前二维试算用的是动力模式，Cd波动也很大，我不是每个时间步输出的结果，平均起来效果不是很好，可能是样本点太少了

可否将Cp曲线也po出来呢？还有其时间平均的定义，希望能做个参考，非常感谢

BTW，如果可以的话，加个微信好友，可以随时交流～358253794

random_ran

最开始确实是DES。 dynamicKEqution 的一大特点就是波动性，我第一次看到这个湍流模型运行出来的Cd历史的时候也被惊讶到了。可以参考：

Lysenko, Dmitry A., Ivar S. Ertesvåg, and Kjell Erik Rian. “Large-Eddy Simulation of the Flow over a Circular Cylinder at Reynolds Number 3900 Using the Openfoam Toolbox.” Flow, Turbulence and Combustion 89.4 (2012): 491–518. Web.

如果湍流结果是一个前置条件的话，特别是你的雷诺数上千以后，2D的模拟总会计算出一个较高的Cd结果。我不知道你是怎么计算Cd，O.F. 自己有专门计算Cd的object：

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      forceCoeffsIncompressible;
}

你可以按自己的需求调整输出频率。另外，文献中对采样点的多少也是各有各的看法。有的人（Franke 2002）采样150个周期(shedding period)，有的人（Kravchenko and Moin 2000）说采样10几个周期的结果和自己的实验结果很吻合，而更多的周期则会出现偏差。个人建议30~50个周期。

我这里有最开始那个DES的Cp图，传统的plot方法。后面的因为考察的方向不同，没有用传统的方式画，对你也没有参考价值。Lysenko 2012 年那篇里有Cp的plot，你可以参考他的。

Cp的做法，我是用ParaView 后处理得到的。先在OF设置好：在一个周期内，输出，比如20个点（包含p,U场）。计算完成后在圆柱的中截面截取出压力值用来计算Cp （这个Cp是截面Cp值），这和Cd （整个圆柱）的算法是有区别的。得到了一个个的输出的时间点的Cp值之后，再对所有的采样的周期，比如30个周期，求出平均值。

ps 论坛的回复没有办法插入图片，如果你有需要我那个Cp，可以发我的邮箱.

个人习惯：不用微信以及一切即时通信软件。这是并行计算的哲学告诉我的：尽量减少cpu之间的通信以提升效率。 :joking:

yhdthu

@random_ran 好的，方法基本一致，我自己再整理一下，我觉得我的问题应该是后处理的问题，有问题再交流，祝好

wwzhao

@yhdthu 可以做fieldAverage，然后用生成的pMean来计算Cp。

yhdthu

@wwzhao 是的，我就是这么做的

yhdthu

还有个问题，请问LES网格大小是怎么确定的呢？我是根据kolmogorov理论确定的delta，即：

L0/6 < delta < 60L0Re^(-3/4)

(L0是积分尺度)

还有壁面附近是怎么处理的呢？

依据此做的网格，感觉网格有点粗，不知你是怎么确定的呢？

random_ran

@yhdthu

近壁的地方是最难处理的，因为在这些地方没有大涡。LES也可以用wall function来避免太多的计算量，但是wall-resolved的LES的网格和DNS非常接近。

通常对壁面网格的控制是用无量纲墙距离 (yplus/y+)来标定。这个量的确定和雷诺数密切相关。对于wall-resolved的LES，y+<1是文献中最常提到的。对于用wall function的例子，y+可以放到30到200之间用来避免buffer layer，不同的wall function 还是有一些不同的要求。

对于stream-wise, span-wise，wall-resolved 的LES还有更高的要求。Georgiadis (2010）给出的建议是:

50< Δx+<150; Δy+<1; 15< Δz+<40

POINTWISE, NASA都给出了依据y+计算第一层网格高度的公式。

可以看看这个帖子。

yhdthu

对于方形计算域，我猜是不是因为网格过渡均匀性做的不好导致的Cd偏大？

CFD中文网

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