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  3. 钝体建筑扰流的大涡模拟

钝体建筑扰流的大涡模拟

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    gtian
    在 中回复了 HITSC30 最后由 编辑
    #12

    @hitsc30 如果你提到的边界层指的是wall周围的对数区以下的粘性子层和buffer layer的话。可以有两种方式,一种是wall model LES,通过壁面模型来调nut,这时第一层网格在y+=30 即可。另一种是wall resolved LES,这种情况只能加密网格。blockmesh和shm都可以加密网格,blockmesh可以控制aspect ratio来加密,shm是4等分加密。这种情况下如果要resolve到粘性子层(viscous sublayer),需要在y+<5 以内至少有三个点,也就是第一点y+<1.

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    cccrrryyy 超神
    在 中回复了 HITSC30 最后由 编辑
    #13

    @hitsc30 你这个涉及的东西有点多,排查起来会比较复杂。首先建议抛开fluent里的设置,因为大涡模拟这块openfoam和fluent差的还有点多。

    首先是网格,snappy如果不好生成的话,试试cfmesh,这个比snappy好用,比fluentmeshing我感觉也就是边界层生成差一些。考虑到你这个几何相对应该比较规整,cfmesh应该可以的。

    其次是入口条件。openfoam大涡模拟的入口条件这块是不如fluent的vortex method的,fluent的很好用,不怎么发散,生成的湍流也很强。我看你用的是timeVaryingMappedFixedValue,这是用的实验数据或者测试数据吗?你fluent是怎么用的?

    然后是nut的边界条件,我之前也是发现nutUSpaldingWallFunction很好用,但我不确定它应该和WALE一起。WALE一般是传热领域用的多,原因是这个模型是不需要壁面函数的,而传热主要就是要解析壁面,不能模化。WALE感觉和你加的nut边界条件可能会冲突?

    再然后是数值格式,一个是pisoFoam,openfoam里面的pisoFoam外迭代只有一步,可能收敛不太好。试试pimpleFoam加上外迭代吧,这个其实你在fluent里面应该也设置过。或者把你目前计算的残差曲线贴出来看看。

    最后,为了排查这些问题,建议先跑个非稳态的RANS试试,不然理不出头绪来。其实最好先跑个稳态RANS,没问题了再非稳态RANS,再没问题了再上LES。

    I don't want to survive, I want to thrive.

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    HITSC30
    在 中回复了 gtian 最后由 编辑
    #14

    @gtian 在 钝体建筑扰流的大涡模拟 中说:

    @hitsc30 如果你提到的边界层指的是wall周围的对数区以下的粘性子层和buffer layer的话。可以有两种方式,一种是wall model LES,通过壁面模型来调nut,这时第一层网格在y+=30 即可。另一种是wall resolved LES,这种情况只能加密网格。blockmesh和shm都可以加密网格,blockmesh可以控制aspect ratio来加密,shm是4等分加密。这种情况下如果要resolve到粘性子层(viscous sublayer),需要在y+<5 以内至少有三个点,也就是第一点y+<1.
    感谢回复,这个确实可以在后续重点突击一下。此前我曾用blockmesh做网格背景、snappyhexmesh加密做过一个网格。当时我得到的计算值也和我用fluentmeshing商软所做的商业网格差不太多,没太考虑网格的质量。您提出的这个是我当前需要考虑的一个方向。我当前觉得目前比较影响我接过的可能是离散格式,在这方面的知识储备非常的欠缺,只能选一些高阶离散格式,可能对结果有不小的影响。

    哨声响起的前一秒,我从未停止奔跑。
    对CFD保持间断的兴趣~

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    HITSC30
    在 中回复了 cccrrryyy 最后由 编辑
    #15

    @cccrrryyy 您好,感谢回复。目前接触到的在openfoam中做建筑风荷载模拟的论文主要是tamura教授在北京交通大学和重庆大学领导的学科组推出来的,都采用的是pisofoam算法。湍流风入口是由CDRFG方法生成的,在中文网有个帖子谈论过这种植入。也咨询过北交的师兄,他们植入的CDRFG算法也是类似的植入,该方法应该是没有问题的。
    nut函数,我也和您的观点一样。该函数能自动切换成粘性层的线性表达式和对数表达式。再者是您提出的WALE,这个确实是需要改动一下.目前接触的论文中,foam中都是用的经典的smagorinksy。fluent中,国内硕士很多用的是WALE结果对的确实不是很好。您提到的WALE这个模型的具体作用,对代码认识比较浅,确实之前没考虑过,确实是我需要再次调整的方向。
    当前的两个重点是离散格式和亚格子模型,然后是上面的师兄说的网格的质量。
    ps:感觉foam计算y+很奇怪,我的边界层网格每次改变的不少,感觉y+变化趋势和我想的南辕北辙。:135:

    哨声响起的前一秒,我从未停止奔跑。
    对CFD保持间断的兴趣~

    李东岳李 G 2 条回复 最后回复
  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 HITSC30 最后由 编辑
    #16

    你可以把你的网格截图一下 看看能差到什么样子

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

    H 1 条回复 最后回复
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    gtian
    在 中回复了 HITSC30 最后由 编辑
    #17

    @hitsc30
    y+ 的理解不复杂,看code需要一点点的耐心就可以。我给你贴一下yPlusLES。

     if (isA<wallFvPatch>(currPatch))
                {
                    yPlus.boundaryField()[patchi] =
                        d[patchi]
                       *sqrt
                        (
                            nuEff.boundaryField()[patchi]
                           *mag(U.boundaryField()[patchi].snGrad())
                        )
                       /nuLam.boundaryField()[patchi];
                    const scalarField& Yp = yPlus.boundaryField()[patchi];
    
                    Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << " y+ : min: " << gMin(Yp) << " max: " << gMax(Yp)
                        << " average: " << gAverage(Yp) << nl << endl;
                }
    

    ![公式](349ba7f5-68a8-4581-94cb-e665d7b9d7b3-image.png 1)
    ![公式2](9660629f-e67b-49c6-b99d-b4832451b5bb-image.png 2)
    ![替代文字](f2cc961e-d7cc-408e-af53-4fe7bb4cf229-image.png 3)

    我写的,你可以输出来看看每一个量的大小

                if (isA<wallFvPatch>(currPatch))
                {
                    frictionvelocityLES.boundaryField()[patchi] = 
                       sqrt
                        (
                            nuEff.boundaryField()[patchi]
                           *mag(U.boundaryField()[patchi].snGrad())
                        );
                    const scalarField& Yp = frictionvelocityLES.boundaryField()[patchi];
    
                    Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << " friction velocity u* : min: " << gMin(Yp) << " max: " << gMax(Yp)
                        << " average: " << gAverage(Yp) << nl << endl;
    
                     Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << "nuLam : min: " << gMin(nuLam) << " max: " << gMax(nuLam)
                        << " average: " << gAverage(nuLam) << nl << endl;
    
                    Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << "d : min: " << gMin(d) << " max: " << gMax(d)
                        << " average: " << gAverage(d) << nl << endl;
                }
    

    近壁面第一层网格的话 ,d= 0.5* 第一个cell的长度. du/dy = (u_infty - 0)/ (d-0)
    nuefff = nu (层流 laminar) + nut(wall 上 nut =0 或者是你给的壁面模型的值)

    我给的nut在壁面上就是0.

        object      nuSgs;
    }
    // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
    
    dimensions      [ 0 2 -1 0 0 0 0 ];
    
    internalField   uniform 0;
    
    boundaryField
    {
        bottomWall
        {
            type            fixedValue;
            value           uniform 0;
        }
    
    H 1 条回复 最后回复
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    HITSC30
    在 中回复了 gtian 最后由 编辑
    #18

    @gtian 在 钝体建筑扰流的大涡模拟 中说:

    @hitsc30
    y+ 的理解不复杂,看code需要一点点的耐心就可以。我给你贴一下yPlusLES。

     if (isA<wallFvPatch>(currPatch))
                {
                    yPlus.boundaryField()[patchi] =
                        d[patchi]
                       *sqrt
                        (
                            nuEff.boundaryField()[patchi]
                           *mag(U.boundaryField()[patchi].snGrad())
                        )
                       /nuLam.boundaryField()[patchi];
                    const scalarField& Yp = yPlus.boundaryField()[patchi];
    
                    Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << " y+ : min: " << gMin(Yp) << " max: " << gMax(Yp)
                        << " average: " << gAverage(Yp) << nl << endl;
                }
    

    ![公式](349ba7f5-68a8-4581-94cb-e665d7b9d7b3-image.png 1)
    ![公式2](9660629f-e67b-49c6-b99d-b4832451b5bb-image.png 2)
    ![替代文字](f2cc961e-d7cc-408e-af53-4fe7bb4cf229-image.png 3)

    我写的,你可以输出来看看每一个量的大小

                if (isA<wallFvPatch>(currPatch))
                {
                    frictionvelocityLES.boundaryField()[patchi] = 
                       sqrt
                        (
                            nuEff.boundaryField()[patchi]
                           *mag(U.boundaryField()[patchi].snGrad())
                        );
                    const scalarField& Yp = frictionvelocityLES.boundaryField()[patchi];
    
                    Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << " friction velocity u* : min: " << gMin(Yp) << " max: " << gMax(Yp)
                        << " average: " << gAverage(Yp) << nl << endl;
    
                     Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << "nuLam : min: " << gMin(nuLam) << " max: " << gMax(nuLam)
                        << " average: " << gAverage(nuLam) << nl << endl;
    
                    Info<< "Patch " << patchi
                        << " named " << currPatch.name()
                        << "d : min: " << gMin(d) << " max: " << gMax(d)
                        << " average: " << gAverage(d) << nl << endl;
                }
    

    近壁面第一层网格的话 ,d= 0.5* 第一个cell的长度. du/dy = (u_infty - 0)/ (d-0)
    nuefff = nu (层流 laminar) + nut(wall 上 nut =0 或者是你给的壁面模型的值)

    我给的nut在壁面上就是0.

        object      nuSgs;
    }
    // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
    
    dimensions      [ 0 2 -1 0 0 0 0 ];
    
    internalField   uniform 0;
    
    boundaryField
    {
        bottomWall
        {
            type            fixedValue;
            value           uniform 0;
        }
    

    非常感谢!

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    #19

    @李东岳 544c4ce2-63b4-47d3-bdbc-87861c0e7d5c-1651239158(1).png 抱歉,李博。这几天电脑卡的要死,开启fluentmeshing就卡死,一直想着要回复您。但是也没法打开软件。这是我再fluentmeshing中检测的问题。我当前的问题主要是,我画过粗略的多面体和精细的多面体网格是否对于结果优化都没太大的影响了。当前想着试一试snappyhexmesh画六面体拯救一下我,在使用中发现其对于边界层网格生成有点随缘化,网格在90度拐角处处理的不是很好。

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    #20

    @hitsc30 你这个网格用openfoam跑没问题啊,为啥要用snappyHexMesh呢。你是说网格粗细对结果没啥影响?这是有可能的。你可以发线图看一下对比一下结果

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

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    #21

    @李东岳 李老师我上点图给您和各位老师看一下。我们使用了fluent和openfoam进行平均风剖面的模拟。下图是我们得到的结果
    下述是平均风剖面对比:
    d38603dc-8eb9-4d7d-9371-ea32a63a2ae6-image.png d31c28c4-ce2d-4a6f-940c-3dbbc6350826-image.png
    而后是我用脉动算出来的结果,分别是平均风压和脉动风压
    6ab83099-3059-45b0-af13-498b8594bf0c-image.png 1ecc34a6-123e-48f3-96cd-276e10c33e79-image.png
    下述是我的实验数据迎风面风压和模拟的迎风面风压
    e308096f-8953-4986-8b3a-64b3db76940f-1651240747(1).png 494209d6-571b-4cca-b3cc-9996c9ee2fd6-1651240768(1).png
    误差有点离谱:135:
    当前是按照tamura教授的设置帮边界条件、离散格式、求解器、亚格子模型全换了。就是采用的网格和他们的有所区别(他们采用的snappyhexmesh),准备搞个和他们一样的网格试一试。实在不行就只能放弃了
    主要现在用foam用了半年,从一个啥都不知道的小白在师兄和论坛的各位前辈带着下,慢慢的进步对这个东西用习惯了,人菜瘾大。就想证实到底是我设置什么的不行,还是foam可能这方面存在改进。就是最后放弃foam改用fluent算也不让自己后悔。

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    HITSC30
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #22

    @李东岳 目前就是除了网格和他们有所不同之外,我期望的那个数值再也上不去了。现在就是打算试试那几篇论文中的网格生成方法了:134:

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    HITSC30
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #23

    @李东岳 这是最粗糙的网格所得结果
    62fcf4c1-c0a7-470e-be80-192373134a56-image.png
    这是第一次改善后
    ef375a43-bb5c-4d41-a28c-4062933442b3-image.png
    这是第三次改善后
    3cd742ee-f6e9-4f62-903d-3bdc82355f43-image.png
    没得进步空间了:xiezuoye:

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #24

    这个几何这么简单,为什么不上纯六面体网格呢? 另外我看你这两个图差别很小啊

    替代文字 替代文字

    http://dyfluid.com/index.html
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    xpqiu 超神
    在 中回复了 HITSC30 最后由 xpqiu 编辑
    #25

    @hitsc30
    看你的离散格式,对流项 div(phi,U) 使用的是 linearUpwind,这个格式不适合用于 LES 仿真,数值耗散太大。

    建议尝试一下 LUST,或者 filteredLinear2 这类格式。

    还有,如果用 PISO 求解器,p 不要用松弛。你现在用的是 0.3,这个是错的。

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    HITSC30
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #26

    @李东岳 东岳老师,不上纯六面体的原因在于计算量的太大。我的工况很多,想着多面体什么的减少点计算量。涉及到课题的意义,没有办法,2/3高度处看着还行,但是迎风面整体小了0.1。有点点大

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    HITSC30
    在 中回复了 xpqiu 最后由 编辑
    #27

    @xpqiu 感谢老师回复。起始选用这个格式的时候是基于下述这篇论文,当时理解错了,算了一个二姐迎风格式的。后续和在日本留学的师兄交流过。他们那边计算多采用您推荐的lust这个,后续全部改成这个了。您说的piso这个对于field中的p松弛是参考了一篇博士论文,我一直没做深究。我一会上服务器跑一个案例试一试。感谢各位老师的关心办帮助!!!明早跑出结果和各位老师朋友分享一下!
    eed2da2e-0c0b-4355-b629-fa6b399e873e-1651247535(1).png

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    HITSC30
    写于 最后由 编辑
    #28

    更新一下昨晚的结果,对于精密化的多面体网格,即保证边界层y+<1,计算发散。对于较为粗糙的网格,即保证y+大于30时,网格可以计算,但最终结果存在发散现象。我打算再试一试snappyhexmesh网格,以及把精密化网格再改正一下,看看结果如何。

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    gtian
    写于 最后由 编辑
    #29

    @hitsc30 在 钝体建筑扰流的大涡模拟 中说:

    当前是按照tamura教授的设置帮边界条件、离散格式、求解器、亚格子模型全换了。就是采用的网格和他们的有所区别(他们采用的snappyhexmesh),准备搞个和他们一样的网格试一试。实在不行就只能放弃了

    方便把建筑物的详细参数,以及对标的那篇实验分享一下吗?我跑一下看看。压力系数就是一个静压,如果这个都对不上,高阶统计量就能不可能了,那LES的作用就被完完全全浪费。 就算一个建筑物的话,这个已经属于10多年的范畴了,2006年就能跑DNS了。
    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142727X06000476

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    #30

    @gtian 您好,我研究的对象是基于东京工艺大学TPU数据库的1:1:4模型的模拟(在和风洞同样缩尺1:400后,模型的尺寸为0.1m0.1m0.4m。α为0.25,计算域按照cost732推荐为长8m宽4m高度为1.6m)。TPU数据库参见下述链接:
    http://www.wind.arch.t-kougei.ac.jp/system/eng/contents/code/w_it
    对标的就是该风压数据库提供数据处理得到的平均风压系数和脉动风压系数。当前我的平均风压系数一直偏小了0.1;

    哨声响起的前一秒,我从未停止奔跑。
    对CFD保持间断的兴趣~

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    #31

    @hitsc30 在 钝体建筑扰流的大涡模拟 中说:

    @gtian 您好,我研究的对象是基于东京工艺大学TPU数据库的1:1:4模型的模拟(在和风洞同样缩尺1:400后,模型的尺寸为0.1m0.1m0.4m。α为0.25,计算域按照cost732推荐为长8m宽4m高度为1.6m)。TPU数据库参见下述链接:
    http://www.wind.arch.t-kougei.ac.jp/system/eng/contents/code/w_it
    对标的就是该风压数据库提供数据处理得到的平均风压系数和脉动风压系数。当前我的平均风压系数一直偏小了0.1;

    迎风向缩尺后尺寸为0.1m,顺风向缩尺后尺寸为0.1m,竖向的尺寸为0.4m。指数选取为0.25

    哨声响起的前一秒,我从未停止奔跑。
    对CFD保持间断的兴趣~

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