计算湍流能谱一些问题？

尚善若水

我对这方面不了太了解，但是据我所知，OpenFOAM只能设置三维能谱。

东方白杨

@尚善若水哦哦，一般计算能谱都是OF里先输出速度场，然后再去python或matlab里计算的

XieXiaoyang

@东方白杨波谱是速度-空间位置序列的自相关函数的傅里叶变换，数学上等价于序列傅里叶变换的模的平方(Pope的书里有证明)。能谱是对波谱在不同半径的球面上的积分。各项均匀同性湍流的时候，能谱就乘上对应半径的球面面积就行。

东方白杨

搞了几天总算是把代码调通了，但是看起来不是很对。。。。。输入的是瞬时速度场，计算出来的能谱。。。

coolhhh

@东方白杨这是输入 uvw三维湍流场画出的球面积分能谱吗？

东方白杨

@coolhhh 对，是三维能谱。我刚才发现，能谱计算应该用脉动速度场，我再去试试

东方白杨

好像去掉平均流没啥变化。。。现在就是不知道怎么确定求出来的能谱是否正确？
导入的这个速度场已经是稳态的湍流了，无论是对比平均流还是budget项，都和别人的数据能对的上

东方白杨

@coolhhh 大佬，我这几天又研究了一下，理解的差不多了，但是还有一个小问题没搞明白。按各种教材书上写的能谱计算，都是通过在傅里叶空间中按球壳（即波数的模值）积分来计算能谱，那这不就是都基于各向同性湍流了嘛？对于各向异性湍流也是用这套方法计算的吗？

coolhhh

@东方白杨我最近也在想这个问题，三维能谱为什么要球壳积分，这感觉与均匀各向同性湍流的对称性有关。如果是一般性的湍流，不确定计算三维能谱具有什么意义？

另外这篇文章中有提供代码下载，有一个计算3D能谱的代码，但只能算3个方向网格数量都相等的。
《Cai, Y., J. Wan and A. Kareem, A new divergence-free synthetic eddy method for generating homogeneous isotropic turbulence with a prescribed energy spectrum. Computers & Fluids, 2023: p. 105788.》

还有这篇文章，讨论的是如何计算非结构化网格的三维能谱
《Tsoutsanis, P., X. Nogueira and L. Fu, A short note on a 3D spectral analysis for turbulent flows on unstructured meshes. Journal of Computational Physics, 2022: p. 111804.》

OpenFOAM下面自带算例，也提供了一个计算能谱的函数 energySpectrum
OpenFOAM-v2206/tutorials/incompressible/pimpleFoam/LES/decayIsoTurb/system

东方白杨

哦哦好的，感谢大佬分享这么多资料！

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