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+？

学流体的小明

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

学流体的小明

@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

学流体的小明

@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

coolhhh

@学流体的小明收到，非常感谢

李东岳

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

hongjiewang

@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

hongjiewang

@学流体的小明

对于此，我想请问，Um即平均速度如何给定，雷诺数的计算，假如我是在半宽通道中跑的，即下表面为wall，上表面为symmetry,此时，雷诺数公式里面应该把2h换成水力半径吗

coolhhh

@李东岳在 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+？中说：

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

李老师，EugeneDeVilliers博士论文图5.5，图名写normalised by the DNS shear velocity，是否有可能正则化用的$U_{\tau }$不一样？

学流体的小明

@hongjiewang
Um是通过在动量方程中直接添加源项实现的，在v2012版本中是：

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
| =========                 |                                                 |
| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |
|  \\    /   O peration     | Version:  v2012                                 |
|   \\  /    A nd           | Website:  www.openfoam.com                      |
|    \\/     M anipulation  |                                                 |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    location    "constant";
    object      fvOptions;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

momentumSource
{
    type            meanVelocityForce;

    selectionMode   all;

    fields          (U);
    Ubar            (0.4 0 0);
}


// ************************************************************************* //

程序会自动调整压力梯度以达到Ubar的预设值。
之后我是打算用给定的动量方程源项，相当于给定$\partial p / \partial x$，通过vectorSemiImplicitSource实现。也是在fvOptions中调用。4800是随便给的，和上面0.4m/s的平均速度没有联系哈。$\partial p / \partial x$和$\tau_w$的关系见方法四。
有一些参考：
http://xiaopingqiu.github.io/2016/03/20/fvOptions2/
https://caefn.com/openfoam/fvoptions-semiimplicitsource

momentumSource
{
   type vectorSemiImplicitSource;
   active on;
   

   vectorSemiImplicitSourceCoeffs
   {
      selectionMode all;
      volumeMode        specific; //absolute
      injectionRateSuSp
      {
         U           ( (4800 0 0) 0); //partial p / partial x
      }
   }
}

学流体的小明

那EugeneDeVilliers博士论文的结果也是很好的，你看我方法一算出来的$u_{\tau}$，也相当于DNS的结果吧，画出来之后粘性底层完全对不上。
而且就算真的有DNS结果，我画出来的曲线的形状，也无法和理论解对上。就关键是形状它就对不上。

学流体的小明

@hongjiewang
槽道的雷诺数公式都是用两倍半高来，不管实际模拟了多少的。
摩擦雷诺数是用的一倍半高。

其中h为槽道半高，uτ为摩擦速度，ν为运动粘度。根据Pope在Turbulent Flows一书中提到的公式

这个公式里面的Re是用的两倍半高，Re_tau是一倍半高。

李东岳

@coolhhh

normalised by the DNS shear velocity

我觉得这句话提供了很多信息，他们应该是用方法1计算的$u_\tau$。

如果这样的话，应该是个小bug，就是网格分辨率不够。

很难相信会留这么一个小bug在里面

李东岳

@学流体的小明在 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+？中说：

通过vectorSemiImplicitSource实现

你可以试一下这个，我直觉感觉这个可能会导致流速持续的增加下不来了

学流体的小明

那不会的，我最开始就是用vectorSemiImplicitSource的，另外一个算例的正则化的结果和

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

类似。您说的流速持续增加很可能是压力梯度的具体数值没设置好，设置得大了。我之前设置的小了，发现平均速度、以及采样的某个点的速度总是在下降。就是驱动力不够，有耗散，速度就降下来了。

槽道的平均速度是会趋于稳定的。
$h=0.005m$，$U=4.0m/s$

李东岳

在动量方程添加一个固定的源项，直觉理解会一直往上增加速度。你这么一说，那就是要设置的刚刚好，这个设置的压力梯度与本身的压力梯度相抗衡。好像是需要这样。不能大、不能小。有道理啊！

coolhhh

@李东岳我用OpenFOAM-8也算了channel395，用tutorial算例计算，采用 @学流体的小明提供的MATLAB程序中method2算的$U_\tau$：

tutorial算例用的WALE模型，0文件夹其实不需设置k和nuTilda，只需要设置p、U和nut。
tutorial算例是给定了一个湍流初始场。一开始没注意删掉了，没有初始场到1000s计算不出湍流。初始湍流场的不同对结果是否影响会比较大？
一般认为开始计算的一段时间的湍流还没充分发展，计算平均场是都会剔除。tutorial算例提供的统计是从0时刻就开始统计。不过我尝试从1000s才开始统计，共计算5000s，结果与默认算例结果一致。
同时还提取了EugeneDeVilliers博士论文图5.5中6万网格的结果，其实跟我们的计算结果一致的，都是有偏差！推测他也是用method2算的。他的论文没有给出参考线，导致看起来结果很好。图中Spalding曲线是根据《无痛苦NS方程笔记》中提到的公式画出对比。

(1)tutorial算例默认设置结果：从0秒开始统计

u+ - y+.png

(2)从1000秒开始统计。1000s的结果其实是1000s这个时刻的瞬时结果，但对整个底面平均后，与后面时刻的结果基本一致。
u+ - y+.png

4. tutorial算例默认设置，method2计算结果都是在粘性子层结果较好，log区结果不吻合。尝试$U_\tau$按照method1取值，即$U_\tau=0.0079$，结果如下。说明了目前算例结果，改变$U_\tau$，只能满足粘性子层或者log区之一，是无法同时满足这两个区。想要同时满足，可能需要尝试加密网格之类方式
u+ - y+.png

coolhhh

@学流体的小明 @李东岳不好意思，刚再仔细看了下，我的getdata数据好像有点问题，我再核实一下

coolhhh

@学流体的小明 @李东岳
很抱歉撒上面的getdata数据不小心搞错了，更正如下

先说结论，EugeneDeVilliers博士论文图5.5中6万网格的结果，是按照method1计算的。
按照method1，$U_{\tau}=0.0079$，结果如下图所示。EugeneDeVilliers结果也是在粘性子层偏差较大，和method1计算结果基本一致
tutorial算例默认设置结果：从0秒开始统计，结果更正如下：
tutorial算例从1000秒开始统计，结果更正如下