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LES直流槽道边界层模拟,如何得到正则化速度u+以及正则化坐标y+?

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  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #3

    感谢李老师关注。

    你用的是层流模拟么,还是什么湍流模型?没看到你用什么湍流模型。

    我用的湍流模型和channel395的一样,是

    FoamFile
    {
        version     2.0;
        format      ascii;
        class       dictionary;
        location    "constant";
        object      turbulenceProperties;
    }
    // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
    
    simulationType LES;
    
    LES
    {
        LESModel        WALE;
    
        turbulence      on;
    
        printCoeffs     on;
    
        delta           cubeRootVol;
    
        cubeRootVolCoeffs
        {
            deltaCoeff      1;
        }
    
        PrandtlCoeffs
        {
            delta           cubeRootVol;
            cubeRootVolCoeffs
            {
                deltaCoeff      1;
            }
    
            smoothCoeffs
            {
                delta           cubeRootVol;
                cubeRootVolCoeffs
                {
                    deltaCoeff      1;
                }
    
                maxDeltaRatio   1.1;
            }
    
            Cdelta          0.158;
        }
    
        vanDriestCoeffs
        {
            delta           cubeRootVol;
            cubeRootVolCoeffs
            {
                deltaCoeff      1;
            }
    
            smoothCoeffs
            {
                delta           cubeRootVol;
                cubeRootVolCoeffs
                {
                    deltaCoeff      1;
                }
    
                maxDeltaRatio   1.1;
            }
    
            Aplus           26;
            Cdelta          0.158;
        }
    
        smoothCoeffs
        {
            delta           cubeRootVol;
            cubeRootVolCoeffs
            {
                deltaCoeff      1;
            }
    
            maxDeltaRatio   1.1;
        }
    }
    

    然后你这个槽道,u+y+是某个点上的还是底面平均之后的?

    是底面平均之后的,postChannel工具会把槽道按照xz线(x和z坐标固定,y坐标变化)求平均,所以我使用postChannel输出的数据计算u+和y+,就是底面平均之后的。

    1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #4

    这个方法的重点是那个应力张量吧

    symmTensor R = turbulence->devSigma()().boundaryField()[patchId][faceId];
    

    我输出了wallShearStress,壁面切应力应该就是X方向的分量吧,和上面代码一个思路。能在paraview中看到上下壁面(patch)上的数据,话说做个平均应该就可以吧。顺便问下怎么做?

    f9ed3dd0-3b49-4ce5-b741-91d8b4f508ca-image.png

    另外,wallShearStress计算出来的单位是(dimensions [0 2 -2 0 0 0 0];)也即m2/s2,而剪切应力的单位应该是(dimensions [1 -2 -2 0 0 0 0];)kg/m2/s2,刚好相差一个密度,所以OpenFOAM输出的wallShearStress还需要乘以密度,才是实际计算使用的剪切应力。

    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
    写于 最后由 编辑
    #5

    paraview那面有个integrate滤镜,可以算出几何平均值,应该是一个单一的值。你看这种方式计算出来的$\tau_w$跟你的区别大么

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

    学流体的小明学 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
    写于 最后由 李东岳 编辑
    #6

    我按照你提供的信息,用RAS算了一下,结果还挺好。我下周测试下LES。LES要跑好久..

    $\tau_w=0.00041199426,u_\tau=0.02029764, Re_\tau=1014$

    捕获.PNG

    kOmega模型的结果跟kEpsilon基本一样。这是算例文件,直接allrun,会自己处理一个图出来

    wallFunction-kOmega.zip

    因为channel395计算的结果,我画出来也和上面这两张图差不多,所以感觉还是正则化的问题。

    自带的channel395也对不上么?

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

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 学流体的小明 编辑
    #7

    以OpenFOAM自带的channel395算例为例,我这里有4种计算$u_{\tau}$的方法。

    方法一:

    $$ u_{\tau } = {\rm Re}_{\tau }\nu/h=395*2e-5/1 $$

    得$u_{\tau } = 0.0079000$。

    方法二:
    过计算出来的速度-高度曲线,实际地进行计算。

    $$ {u_\tau } = \sqrt {\nu {{\left. {\frac{{du}}{{dy}}} \right|}_{y = 0}}} = \sqrt {\nu {\frac{{u_1}}{{y_1}}}} $$

    其中${u_1}$和${y_1}$分别是第一个输出点的流向速度和到壁面距离。
    得到$u_{\tau } = 0.0069133$。

    方法三:
    通过paraview的filter - integrate variables - 查看 cellData,得到wallShearStress的和以及面积Area,计算固壁面上的wallShearStress平均值,再使用

    $$ {u_\tau } = \sqrt {\frac{{{\tau _w}}}{\rho }} $$

    计算摩擦速度$ {u_\tau }$。注意不可压缩求解器中没有密度,则认为$\rho=1$。
    结果是$u_{\tau } = 0.0066952$。

    方法四:
    在完全发展的槽道流中

    $$ \frac{{\partial p}}{{\partial x}} \times h = {\tau _w} $$

    也就是 压力梯度 乘以 槽道半高 等于 壁面摩擦应力。给定平均速度的情况下,OpenFOAM会调节压力梯度使得平均速度达到设定值。在channel395的算例中到计算快结束时候,选择了某一时刻的压力梯度$\frac{{\partial p}}{{\partial x}} = 4.44604e-05$。代入计算,
    得到$u_{\tau } = 0.0066678$。


    你看这种方式计算出来的$u_{\tau }$跟你的区别大么

    可以看到方法一是一种结果,方法二、三、四的结果很接近。
    现在的问题就是实际计算出来的摩擦速度和由${\rm Re}_{\tau}$给出的摩擦速度不一样,但方法一的结果才是正确的。

    自带的channel395也对不上么?

    channel395算例的结果
    方法一的摩擦速度归一化结果是

    b465e590-6bb3-4390-9c0f-0c0c2f0093b5-image.png

    方法二(方法三和四也是这样子的图)摩擦速度归一化结果是

    6b77615b-378a-4c24-b059-9765be0616c6-image.png

    channel1000的结果在一楼。
    现在感觉是槽道流动还是没算对。

    C 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
    写于 最后由 编辑
    #8

    234方法都应该趋向于1. 有可能自带的channel395网格需要调整,现在yplus是多少?fvScheme格式我看也可以改成liner格式。目前不确定影响多大。debug一次太费时间。

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

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #9

    channel395的平均yPlus是1.5910。channel1000的平均yPlus是0.8471。
    channel395的fvScheme格式是下面这个,channel1000也没改fvScheme。

    FoamFile
    {
        version     2.0;
        format      ascii;
        class       dictionary;
        location    "system";
        object      fvSchemes;
    }
    // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
    
    ddtSchemes
    {
        default         backward;
    }
    
    gradSchemes
    {
        default         Gauss linear;
    }
    
    divSchemes
    {
        default         none;
        div(phi,U)      Gauss linear;
        div(phi,k)      Gauss limitedLinear 1;
        div(phi,B)      Gauss limitedLinear 1;
        div(B)          Gauss linear;
        div(phi,nuTilda) Gauss limitedLinear 1;
        div((nuEff*dev2(T(grad(U))))) Gauss linear;
    }
    
    laplacianSchemes
    {
        default         Gauss linear corrected;
    }
    
    interpolationSchemes
    {
        default         linear;
    }
    
    snGradSchemes
    {
        default         corrected;
    }
    
    wallDist
    {
        method meshWave;
    }
    
    1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #10

    这个一维的算例也不能用LES,我试了一下,算出来的$\tau_w=5.41451763e-05$,和正确值0.00041199426差远了。
    LES还得调三维算例。

    李东岳李 S 2 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 学流体的小明 最后由 编辑
    #11

    是的,LES就得算三维的,然后还需要时间平均,这一算起来debug起来就需要时间了。网格这个问题,我看EugeneDeVilliers说没问题。应该不是网格的事。channel395是EugeneDeVilliers做的。这个是他的博士论文。

    https://www.jianguoyun.com/p/DT7jUyMQ9s3ZBhip1uYDIAA

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

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #12

    对,我最开始做槽道流算例的时候,用的他的初始化流场的方法,不然一直算的都是层流。不过chanel1000的这个不用特地初始化也可以。
    下面这个是我的channel1000的算例,LES,就是在channel395的基础上改的,OpenFOAM版本是v2012。Allrun脚本可以直接运行,画图用matlab文件夹里面的boundary_layer_profile_2.m就行,改一下要画哪个时刻的就行。
    各位老师同学有兴趣可以算一算,看看是哪里出问题了。帮帮我吧🙏
    https://jbox.sjtu.edu.cn/l/L1Asg4 (提取码:1234)

    C 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    写于 最后由 编辑
    #13

    找到一个帖子,对channel395分析很多
    https://www.cfd-online.com/Forums/openfoam-solving/155534-les-channel-flow-data-case-files-technical-report.html
    我下载了他的数据,他是三套网格,我都用方法二画了速度分布图,M1的结果和我画出来的问题类似,M2和M3就都比较好了。
    为什么$u_\tau$算不对?结论:还是网格不够细。

    2a5adca4-c37d-4512-a891-05a18d734546-image.png
    4bc52a35-a0c5-4e71-ba73-338d8b183fab-image.png
    c73bcb50-8db0-4ab3-a4cf-46e3eef9cdc3-image.png

    风 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
    写于 最后由 编辑
    #14

    结论:还是网格不够细。

    还是要深入研究下。我看默认的算例6万网格,EugeneDeVilliers博士论文里面说6万网格没有问题也有数据。

    不过,如果确定6万网格数据不对的话。可以找openfoam提bug让他们处理,这属于他们的bug了。

    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
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #15

    Re_tau1000的k、epsilon这两个场的数据你有不,或者雷诺应力的

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

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • C 离线
    C 离线
    coolhhh 神
    在 中回复了 学流体的小明 最后由 编辑
    #16

    @学流体的小明 你好,这个下载链接需要校内VPN,外校无法下载,想问下能提供个外校人员可下载链接吗?

    对,我最开始做槽道流算例的时候,用的他的初始化流场的方法,不然一直算的都是层流。不过chanel1000的这个不用特地初始化也可以。
    下面这个是我的channel1000的算例,LES,就是在channel395的基础上改的,OpenFOAM版本是v2012。Allrun脚本可以直接运行,画图用matlab文件夹里面的boundary_layer_profile_2.m就行,改一下要画哪个时刻的就行。
    各位老师同学有兴趣可以算一算,看看是哪里出问题了。帮帮我吧🙏
    https://jbox.sjtu.edu.cn/l/L1Asg4 (提取码:1234)

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #17

    找到一个数据库
    http://turbulence.pha.jhu.edu/Channel_Flow.aspx

    1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 coolhhh 最后由 学流体的小明 编辑
    #18

    @coolhhh 不好意思哈,以前也没怎么用过学校的网盘,不知道还需要VPN。放到百度网盘了。
    这次画的网格更细了,应该会有一个比较好的结果,我也正在算。

    链接:https://pan.baidu.com/s/1C89EfgcZAxFhADNkMEqSNA?pwd=tzkd
    提取码:tzkd

    C 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    写于 最后由 编辑
    #19

    @coolhhh @李东岳
    昨天仔细读了一下下面的这个文章,作者对OpenFOAM计算LES槽道进行了比较系统的分析。我发现他的图也是,只有最细的那套网格才算出了非常好的速度剖面,比较粗的两套网格都没算好,形状也和我的问题一样。
    这篇文章还是在https://www.cfd-china.com/topic/2121/q-dns计算槽道流遇到了一些问题-求大神们指点看到的。之前读过,但是没仔细读😂。然后就浪费了好多好多时间。
    确实是网格不够细的问题。

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021999117304059?via%3Dihub

    李东岳李 H 2 S 4 条回复 最后回复
  • C 离线
    C 离线
    coolhhh 神
    在 中回复了 学流体的小明 最后由 编辑
    #20

    @学流体的小明 收到,非常感谢

    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 学流体的小明 最后由 李东岳 编辑
    #21

    Komen那个是的

    但是我看EugeneDeVilliers博士论文那个用的6万网格计算的u+y+还可以(图5.5)

    我觉得这个是很重要的内容,如果openfoam官方的算例,出现了网格分辨率不够导致的错误,这个bug必须应该处理

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

    C 1 条回复 最后回复
  • H 离线
    H 离线
    hongjiewang
    在 中回复了 学流体的小明 最后由 编辑
    #22

    @学流体的小明 先前我做过这个工作,用于大涡模拟入口的前置算例,我当时画u+--y+使用的你说的方法二得到的,效果还行

    1 条回复 最后回复

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