Cd计算不准的问题-LES-Re3900-三维圆柱绕流-pisoFoam

random_ran

流散然

@random_ran 你好，我初步尝试使用dynamic K Eqn对Re=2e5情况下的D=1m三维圆柱绕流进行了计算，计算了25个周期，但是升阻力系数曲线始终没有出现任何明显的周期现象，甚至Cd出现了负值，Cd，Cl频谱曲线也十分混乱，

经过初步检查，我认为有以下几种可能：
1，计算时长过短
2，离散格式设置有误
3，Z方向节点过少
请问您在调试过程中是否遇到同样的问题，是怎样解决的？如果没有，您对解决这一问题有何建议与意见？先行谢过！
计算域如下

近壁核心区是一个4D*4D的矩形，进口到中央矩形的距离为5D，出口到中心矩形的距离为11D，两侧距离中心矩形距离都是3D。
近壁核心区的布置如下图

离散格式如下

边界条件如下

random_ran

@流散然

我曾尝试过用 dynamic k-eqn 子网格，也出现了负 Cd 的情况。

我是把计算域从方形改成了圆形之后，Cd 就再也没出现过了。相对于矩形计算域，圆形计算域的控制参量要少很多。本来临界雷诺数下，流场性质就非常受微小波动的影响，所以要尽可能减少无关因素的影响。

时间步长过短，按道理讲应该是更准确，但我也遇到过减小时间步长，反而出现更大的误差，而原因也非常不好去找；
离散格式的问题，我没看出啥问题，或许论坛中其它人能看出些什么；
展向, 一般 πD，但是节点数还要看你 2D 网格，比如 Cheng, W. et al. (2017) TABLE 2 Case S7 的网格 2048 x 512 x 192 （周向 x 径向 x 展向）, 总网格数 201326592；

如果你的计算资源不够，可以试试 DES 家族 (DDES,IDDES)。

参考资料： Cheng W, Pullin DI, Samtaney R, Zhang W, Gao W. 2017. Large-eddy simulation of flow over a cylinder with from to : a skin-friction perspective. J. Fluid Mech. 820:121–58

流散然

@random_ran
这么短感谢您在这么短的时间内，给出如此详细的答复，但是我还有几点想要和您详细讨论下：

1，更正，上次提问中我误将“计算时长”打为“计算步长”，我实际想要问的是，我总共只计算了25个周期，负Cd是否与计算时间长短有关。
2，在您的论文中，我注意到您在近壁使用了Spalding的壁面函数，我想问下您的壁面函数是在nut文件中设置的么？使用壁面函数后，近壁y+为多少，周向节点与展向节点有是否需要相应的做出调整？
3，我想和您确认下圆形网格的划分，您是边界条件是这样设置的么？
4，使用dynmaic kEqn模型的时候k的初始值应当怎样设定？对计算结果有何影响？我虽然知道k是亚格子动能，但是不知道如何在inlet处设置，我现在在出口处暂时使用fixedValue格式的湍动能作为替代。
5，我注意到您在论坛中发过如下帖子

我查找了4.1的dynamickEqn的头文件

通过对比论文我确认了OpenFOAM中源代码与头文件中声明的模型一致
但是您在论文中使用的LES为

您在毕业论文中更换湍流模型的原因是什么？是因为计算结果的好坏么？还是其他的原因？

参考文献：Kim, W.-W., & Menon, S. (1995). A new dynamic one-equation subgrid-scale model for large eddy simulations. In 33rd Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.

random_ran

@流散然

负 Cd 肯定是什么地方不对。原因的话，网格的设计，计算时间步长都会有影响的。我自己的经验是网格影响的更厉害。
我做的模拟中有 LES (Re3900)，剩下的是用的 DDES。湍流粘度我是从摩托车那个算例直接考过来的，没有做调整。我之前的数据都已经打包起来了，但用的很暴力的打包方法，导致现在拆包的时候，时间比较长，耐心等待一下，我再确认一下
就是这种计算域， 2D 用 ICEM 画然后拉伸成 3D
同样，参考摩托车算例。我用的是 turbulentInlet，考虑到 Re 的数量及；我有做过类似敏感性的测试，发现均值参数受影响不大。我用的应该是 one equation eddy-viscosity model 不是 dynmaic kEqn，
那个帖子中是我的试算，应该不是最终的计算。换湍流模型的目的很简单：计算资源不够做 LES。

李东岳

60000点击，感觉这个帖子的内容可以出本书咯

流散然

@random_ran
再次对您详细认真的回复表示感谢，我现在在使用二维的圆形网格计算（虽然根据我使用dynamic kEqn进行二维计算的众多经验来看，这不可能有什么好结果），因此，暂时没有新的计算结果与您讨论，仅就以下三点和您进行讨论：

1. 您是否做过turbulentInlet对脉动值的影响的测试？尤其是对于Cd’
1. 您能简略的说下one equation eddy-viscosity model和dynmaic kEqn的相同与不同之处么？
1. 您说您的计算资源不足以进行LES计算，但是我看到您有在本帖的计算中说过您曾经使用144核和96核进行计算，这里指的是物理核心，还是线程（逻辑核心）？我在您的论文种看到您也做了Re10e5左右的算例，但都使用的是DES，一百余核也不足以支撑在Re10e5左右的LES计算么？

random_ran

@流散然

可以参考一下我的数据，可以自己处理一下看看结果。
最明显的区别是 kEqn 的 Ck 是 0.094 而 dynamicKEqn 则是速度场做了过滤。

+    //-kEqn           Ck_
+    //-kEqn           (
+    //-kEqn               dimensioned<scalar>::lookupOrAddToDict
+    //-kEqn               (
+    //-kEqn                   "Ck",
+    //-kEqn                   this->coeffDict_,
+    //-kEqn                   0.094
+    //-kEqn               )
+    //-kEqn           )
+
+
+    //-dynamicKEqn    const volScalarField Ck
+    //-dynamicKEqn    (
+    //-dynamicKEqn        simpleFilter_(0.5*(LL && MM))
+    //-dynamicKEqn       /(
+    //-dynamicKEqn            simpleFilter_(magSqr(MM))
+    //-dynamicKEqn          + dimensionedScalar("small", sqr(MM.dimensions()), vSmall)
+    //-dynamicKEqn        )
+    //-dynamicKEqn    );

AMD Opteron(tm) Processor 6172 物理核心是12核。计算资源取决于你的需求，因为有太多的算例，对于我来说 LES 在这个雷诺数下是不够的。

流散然

@random_ran
感谢您这么长时间以来的耐心解答与帮助，问题我已解决，所有的症结都出在边界条件上，这一方法适用于矩形网格和圆形网格。具体的细节我不太方便透露，如果您对此有兴趣的话，我们可以加下联系方式（邮箱或微信等皆可）具体的聊下
最后再次对您一直以来的帮助致以诚挚的感谢，如果日后我因为算力不足转向DES，到时还请您多加指教！

红豆沙

@random_ran 你用fluent算的，，参考值是否设置正确，，这个对阻力系数有直接影响

红豆沙

@红豆沙哈哈，看了老半天，讨论好详细，，

hoversoar

@random_ran 请问你圆形计算域的网格也是用ICEM画出来的吗？
我计算的Re大概在15w左右，边界层非常小，用meshing的结构化貌似不太成功。所以现在用了非结构化网格，但是结果也是偏大。还望请教一下！
谢谢！

hoversoar

您好！
我还有一些疑问想请教一下：
关于入口边界的K和nut值。

我注意到一开始这个帖子你放的是在cylinder k=0.24，请问这个k您是怎么取的?
nut的值，这个帖子用了壁面函数。
在另一个帖子里你用的是fixedvalue 0. 没有使用壁面函数。
请问在边界层足够小的情况下，是不是可以直接采取fixedvalue 0. 这样的设定？

捕获.PNG

random_ran

A video to show flow around circular cylinder in real life:
https://youtu.be/0ThQ_nD97hY?t=306

好好科研

@random_ran 您好！我最近也在做三维圆柱扰流的相关工作，我先开始做的是长方形流域的二维圆柱绕流，感觉还能差不多吻合升阻力系数，但是三维数值模拟很慢，看到您的帖子，开始转移到圆形流域，发现升阻力系数会随着流域大小的变化而变化，三维流域的话，就算的很慢很慢，差不多要12个小时才要算1个时间单位。如果方便的话，可否把你的算例或者网格让我参考一下~x谢谢！！！这是我的邮箱~3310792254@qq.com~qq.com~祝好！

炎冰灬灬

@random_ran 你好。看了你的升阻力系数的图，我最近也出现了同样的问题。我算的是二维的刚性翼型的绕流问题，用的是SST k-w模型，pisoFoam求解器，算出来的升阻力系数的波动也是非常的大，不知道问题出在哪里，你能指点一二吗 QQ图片20201020111210.png

yfleung

@random_ran 您好，请问您这个圆形流域的网格是设置的维的吗？我最近也在做一个雷诺数是3900的算例，也是采用的圆形计算网格，流域的直径设置为50D，圆的周长（paiD）方向是480个网格，半径方向是400个网格，计算的Y+为0.06，但是用ICEM划分的是二维的，在做雷诺数是200时候阻力系数Cd和文献里面差距不大，但是在雷诺数是3900时，Cd是0.5的样子，和文献里面差距很大。对了，我是用的直接数植模拟，没有用湍流模型，但是3900雷诺数情况下的阻力系数差特别大。不知道是什么原因

yfleung

@bingningmeng45 你好，请问您做圆柱绕流划分网格的话，要满足什么样的条件才是DNS啊

CFD中文网

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