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  2. OpenFOAM
  3. LES定义入口速度的问题(DSRFG方法)

LES定义入口速度的问题(DSRFG方法)

已定时 已固定 已锁定 已移动 OpenFOAM
82 帖子 16 发布者 163.4k 浏览
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    xjwang
    在 中回复了 sunss 最后由 编辑
    #46

    @sunss
    文件格式应该是:
    points:
    .......................................................
    (
    (1 1 0)
    (0 1 0)
    (1 0 0)
    (0 0 0)
    )
    ...........................................................
    U:
    ..........................................................
    (
    (三维速度向量)
    (三维速度向量)
    (三维速度向量)
    (三维速度向量)
    )
    .....................................................
    所以你的设置有两个问题,一个是标出了4或者8这种数量,这个需要删掉,一个是需要把速度分别存储在对应的文件夹下边,不能在一个文件中。还有那些openfoam的星号可以删掉哈哈

    S 1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #47

    @霜染丹枫
    不知道你想模拟什么,想和你确认一下是不是模拟ABL,没有得到回复,单凭一张瞬态的速度场图,没法判断你的模拟结果好与坏。

    霜 1 条回复 最后回复
  • 霜 离线
    霜 离线
    霜染丹枫
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #48

    @xjwang 你好,我的研究不是ABL,属于槽道流,但是想用DSRFG这个方法生成湍流入口用于LES计算。

    李东岳李 1 条回复 最后回复
  • 霜 离线
    霜 离线
    霜染丹枫
    在 中回复了 sunss 最后由 编辑
    #49

    @sunss 感谢分享,但是根据huang2010论文中指出该方法严格保证了无散度条件,并且给出了证明过程。

    S 1 条回复 最后回复
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    sunss
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #50

    @xjwang 在 LES定义入口速度的问题(DSRFG方法) 中说:

    @sunss
    文件格式应该是:
    points:
    .......................................................
    (
    (1 1 0)
    (0 1 0)
    (1 0 0)
    (0 0 0)
    )
    ...........................................................
    U:
    ..........................................................
    (
    (三维速度向量)
    (三维速度向量)
    (三维速度向量)
    (三维速度向量)
    )
    .....................................................
    所以你的设置有两个问题,一个是标出了4或者8这种数量,这个需要删掉,一个是需要把速度分别存储在对应的文件夹下边,不能在一个文件中。还有那些openfoam的星号可以删掉哈哈

    多谢!已经成功导入风速数据。

    1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #51

    @霜染丹枫 所以到现在,你的问题解决了么?

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

    S 霜 2 条回复 最后回复
  • S 离线
    S 离线
    sunss
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #52

    @李东岳 解决了,要感谢@xjwang大佬的帮助。

    1 条回复 最后回复
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    sunss
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #53

    @霜染丹枫 看前面的回复得知你要计算的是槽道流,能量谱应该不需要满足卡门谱,高斯谱可能更合适。TinF这个工具能完美的生成满足无散度条件和高斯谱的湍流(目前这个工具包还在开发中,还不能生成卡门谱的湍流),我有万嘉伟博士给我们讲课的视频,你可以看看。链接:https://pan.baidu.com/s/1iJy7CW6S3iwcDIvzZiAIZg
    提取码:70xw

    X 1 条回复 最后回复
  • 霜 离线
    霜 离线
    霜染丹枫
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #54

    @李东岳 还没有,还在找原因@@

    1 条回复 最后回复
  • 霜 离线
    霜 离线
    霜染丹枫
    写于 最后由 编辑
    #55

    @sunss 感谢分享。我做的是槽道流,能谱是通过槽道流实验得到的(沿轴向的一维谱),通过DSRFG方法生成了入口速度场,得到的入口速度场能谱分布与实验能谱拟合的较好,但是在计算中会出现我上面提到下游脉动减弱的问题。下图是我还原Huang文章中的卡门谱结果,整体看起来方法的实现应该是没有问题。1.jpg
    2.jpg

    X 李东岳李 2 条回复 最后回复
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    X 离线
    xjwang
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #56

    @霜染丹枫
    我做的风场模拟,所以我检察风洞模拟是否正确是通过检察计算域内的风速时程的功率谱是否和目标谱一致,也就是是否和在入口处生成的风速满足同样的能量分布。
    不知道你们槽流最关心的是哪一个数值特征。比如,你可以验证turbulence intensity也可以验证power spectra,但不能通过一个瞬态的流场来判断模拟的好坏。一直不清楚你通过离散能量谱得到的脉动速度为什么要通过观察瞬时速度场来判断模拟的好坏,就算有很强的紊流特性也不能保证这个速度场的能量分布就和你目标谱一样。
    上文中@sunss 同学说的那个tinf,你可以看一下,其中有dfsem, dfm等方法,特别是对于槽流,openfoam的tutorial中有一个RE395的算例(也许把名字记错了),应用的是DFSEM方法。
    如@sunss 同学所说,也许高斯谱更适合你的功率谱,这样的话你可以直接应用fluent自带的那个对应RFG(Smirnov et al,2001)的生成方法,具体名字不记得了,你可以自己去查一下。
    在其他回复中我提到过,DSRFG方法虽然理论上来说是无散度的,但如果应用在数值模拟中,就不是严格的无散度了,需要考虑网格尺寸,所以我一开始就问你网格尺寸和紊流积分尺度的数值。我们完成了一篇这样的论文,希望早点可以和你们分享。

    1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 sunss 最后由 编辑
    #57

    @sunss
    感谢分享,前年看到他们那个工具包的时候还很简单,最近看了看已经变得很完整了,还有一些算例。你也是做风场模拟的吗?

    1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #58

    @霜染丹枫 我觉得你这个问题很难解决,本身这种矩形网格槽道流,FVM本身精度很低会把能量耗散掉。

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

    1 条回复 最后回复
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    xzdbjx
    写于 最后由 李东岳 编辑
    #59

    各位老师专家好,我目前在做ABL的LES湍流入口时也碰到一些问题想和大家交流学习。我之前一直用Fluent来生成LES的湍流入口,近半年开始对Openfoam感兴趣,于是开始尝试把Fluent的相关算法移植到Openfoam当中,我采用的算法是华南理工杨易老师课题组提出的NSRFG算法,参考文献:
    [1] Yu Y, Yang Y, Xie Z. A new inflow turbulence generator for large eddy simulation evaluation of wind effects on a standard high-rise building[J]. Building and Environment, 2018, 138: 300-313.
    先把Fluent和of的计算结果图贴两张,我主要对PSD和湍流强度与平均风剖面进行了验证。
    计算域
    计算域.png

    1. Fluent流场图及验证图

      P1 是入口处的测点,P2是模型处的测点
      fluentux.png
      fluentyanzheng.png

    2. Openfoam流场图与验证图
      ux.png
      ofyanzheng.png
      这里貌似of的结果还行,但实际上我认为Fluent的结果更合理,因为数值耗散等因素的影响,湍动能一定会在计算过程中耗散,因此模型处的PSD一定会更加吻合目标值。所以我目前怀疑我的case设置有问题,目前我采用的LES是WALE模型,0文件夹下应该要设置k 和 nut两个文件,我的设置分别如下:

    /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
      =========                 |
      \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
       \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
        \\  /    A nd           | Version:  6
         \\/     M anipulation  |
    \*---------------------------------------------------------------------------*/
    FoamFile
    {
        version     2.0;
        format      ascii;
        class       volScalarField;
        location    "0";
        object      k;
    }
    // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
    
    dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0];
    
    internalField   uniform 0.0001;
    
    boundaryField
    {
        inlet
        {
            type            fixedValue;
            value           uniform 0;
        }
        ground
        {
    		type	        kLowReWallFunction;		//For high and low Re
            value           $internalField;
        }
        top
        {
            type            symmetry;
        }
        side1
        {
            type            symmetry;
        }
        side2
        {
            type            symmetry;
        }
        outlet
        {
            type            zeroGradient;
    
        }
    }
    
    
    /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
      =========                 |
      \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
       \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
        \\  /    A nd           | Version:  6
         \\/     M anipulation  |
    \*---------------------------------------------------------------------------*/
    FoamFile
    {
        version     2.0;
        format      ascii;
        class       volScalarField;
        location    "0";
        object      nut;
    }
    // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
    
    dimensions      [0 2 -1 0 0 0 0];
    
    internalField   uniform 1e-8;
    
    boundaryField
    {
        inlet
        {
            type            zeroGradient;
        }
        ground
        {
    		type            nutUSpaldingWallFunction;
            value           uniform 1e-8;
        }
        top
        {
            type            symmetry;
        }
        side1
        {
            type            symmetry;
        }
        side2
        {
            type            symmetry;
        }
        outlet
        {
            type            zeroGradient;
    
        }
    }
    
    
    // ************************************************************************* //
    

    这里我不太确定两个文件中internalField参数应该如何取值?另外,这两个参数对结果影响是否很大?请各位老师专家解答。谢谢!(P.S. of计算速度是真的快)

    陈 H B C 4 条回复 最后回复
  • 陈 离线
    陈 离线
    陈冠江
    在 中回复了 xzdbjx 最后由 编辑
    #60

    @xzdbjx
    Hi,我也在用WALE算圆柱绕流的LES.

    如果是LES的话你的kLowReWallFunction和kLowReWallFunction应该是要换成别的边界条件zeroGradient啥的,不需要用壁面函数。

    internalField是一个初场,设的值不要太离谱能收敛就可以了,对最终结果影响不大。

    另外WALE的输入参数似乎不需要k,你可以试试。或者就是我错了。

    祝好.

    X 1 条回复 最后回复
  • X 离线
    X 离线
    xzdbjx
    在 中回复了 陈冠江 最后由 编辑
    #61

    @陈冠江 感谢您的回复,我修改下再看看结果。

    1 条回复 最后回复
  • X 离线
    X 离线
    xiaoyi0830
    在 中回复了 coolhhh 最后由 编辑
    #62

    @coolhhh 对于第一个问题,我也是晕了,三维能谱,一维能谱,功率谱怎么在这儿就混用了。

    X 1 条回复 最后回复
  • X 离线
    X 离线
    xiaoyi0830
    在 中回复了 xiaoyi0830 最后由 编辑
    #63

    @xiaoyi0830 在 LES定义入口速度的问题(DSRFG方法) 中说:

    @coolhhh 对于第一个问题,我也是晕了,三维能谱,一维能谱,功率谱怎么在这儿就混用了。

    另外第四个问题,就算满足了连续性条件,也不会满足动量方程,所以进入计算域的速度肯定和入口处是有差别的。

    C 1 条回复 最后回复
  • C 离线
    C 离线
    coolhhh 神
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #64

    @xjwang
    对第1个问题,其实从DSRFG到MDSRFG、CDRFG、NSRFG,在推导零散度条件过程中,都忽略了当生成inhomogeneous inflow时,系数k,p,q也是高度z的函数,将速度u的公式代入连续性方程,不仅仅需要满足kp=0,kq=0,还有类似于RFG方法推导零散度的额外项,是否近似等于0还需要要验证。

    1 条回复 最后回复
  • C 离线
    C 离线
    coolhhh 神
    在 中回复了 xiaoyi0830 最后由 编辑
    #65

    @xiaoyi0830
    1、功率谱计算。时间序列$ x(t) $计算时间相关函数$ R_{xx}(\tau) $,再进行傅里叶变换得到功率谱$ S_{xx}(\omega) $。
    1fc1dfb6-f567-49ce-98c8-36139c8d5ab6-image.png
    4ce4e0f6-fb6b-4714-a817-ede099967bc6-image.png
    (引用:Shin K, Hammond J. Fundamentals of signal processing for sound and vibration engineers[M]. England: John Wiley & Sons, 2008:245.)

    2、风速功率谱。风速时程$ u(t) $对应时间序列$ x(t) $,求得的一维频谱(频域)就是对应此处的功率谱。一维频谱的自变量是频率或者角频率。

    3、三维谱(波数域)。首先对三维空间相关函数进行三维的傅里叶变换得到的三维波谱,然后进行球面积分并乘以系数1/2,得到三维谱。因此要计算一个三维谱,需要整个三维空间的所有点的风速时程才能计算得到一个三维谱。
    a402df6c-bcd0-4512-846e-416ff5ece91f-image.png
    61e910c4-7962-4308-a2f7-f15987513670-image.png
    (引用:田内科斯 H., 兰姆利 J. L. 湍流初级教程[M]. 北京: 科学出版社, 2014:194-197.)

    4、一维波谱(波数域)。一维波谱是由一维空间相关函数(即一个空间方向的相关函数),进行一维的傅里叶变换得到的。与一维频谱类似,只是一个是频域,一个是波数域。

    5、三维von Karman谱(均匀流场)表达式如下。针对于非均匀流场的三维von Karman谱表达式,个人未找到相关文章阐述。
    b27e7ed3-851f-4f63-8591-9d5beeb12fc5-image.png
    (引用:Durbin P A, Pettersson Reif B A. Statistical theory and modeling for turbulent flows[M].Wiley, 2011:29-261.)

    6、三维von Karman谱与一维von Karman谱区别。
    45be5ce0-b37a-489a-a581-98564e9a779b-image.png
    a16ae2ca-f953-4f2a-a28a-d7ac21b453ad-image.png
    34a32d18-d85b-478f-8716-ca4e8711f6c5-image.png
    c53a8b06-44ef-46a2-8cd0-9ecfdbb22a15-image.png
    f571c68d-1689-4ef5-be3b-aca2c8c94d85-image.png
    (引用:[1] Durbin P A, Pettersson Reif B A. Statistical theory and modeling for turbulent flows[M].Wiley, 2011:29-261.
    [2] 陈铃伟. 基于傅里叶合成法的大气边界层脉动风场大涡模拟[D]. 黑龙江:哈尔滨工业大学,2017. DOI:10.7666/d.D01589559.)

    7、从《Diffusion by a Random Velocity Field》(Kraichan, 1970),到RFG方法,论文中都是未出现频谱的图,因为方法本身目标就是生成三维谱。DSRFG方法的理论推导也是实现三维谱,但是在应用方法时,用一维频谱表示三维谱,并最终的结果用频谱图表示,这与三维谱的原始定义是不同概念的,这两者不应该混淆。

    8、CDRFG、NSRFG的理论推导就是为实现一维频谱。CDRFG方法既然目标实现频谱,可以简化一个循环,如下阐述
    97e65cbb-a27c-4367-92aa-8bfaea03baaf-image.png
    (引用:陈铃伟. 基于傅里叶合成法的大气边界层脉动风场大涡模拟[D]. 黑龙江:哈尔滨工业大学,2017. DOI:10.7666/d.D01589559.)

    9、CDRFG方法的P、Q的原论文的公式有误,在原作者后来发的一篇文章中已对其进行了更正。
    d8102777-34a1-4c10-8885-e138c0ffefb3-image.png
    b0b32621-717c-4cba-ab40-8dfab7b9eea9-image.png
    (引用:Melaku A, Bitsuamlak G, Elshaer A, et al. Synthetic inflow turbulence generation methods for LES study of tall building aerodynamics[J]. 2017.)

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