钝体建筑扰流的大涡模拟

[BznW]

@HITSC30 您好！最近刚刚接触openfoam不久，也在尝试这样一个湍流边界层下的建筑风压的一个LES算例，同样遇到了您最开头说的边界层网格设置太小出现发散的问题，（我用的SHM参照香港城市大学一篇文章设置的网格，似乎感觉网格效果还好？附图如后）感觉y+与Co数同时满足大涡模拟的要求似乎只能设置十分小的时间步长？但这又不是我们想看到的情况，我试着采用pimpleFoam求解器（据说可以满足大时间步长下的瞬态计算要求）顶着20左右的库朗数得到了顺风向脉动力矩系数远大于平均力矩系数十余倍的“荒谬”结果，我的时间步长与网格大小与一篇使用Fluent计算的文章设置是一样的，但却得不到预见的结果甚至是发散，这让我感到很苦恼又很奇怪。很高兴看到了这篇帖子，看完您们的讨论后很有收获，但似乎还是不太清楚您最后究竟是如何解决得这一问题？是采用譬如说是设置壁面函数的LES，或者是您将时间步长设置的足够小来完成了整个计算？以及是否方便分享下您解决问题后的案例设置以供学习参考？

[HITSC30]

@BznW 您好，所用的case在上文百度网盘链接中。具体发现的原因是，OpenFOAM相对于Fluent计算网格要求更为严格，部分网格fluent可以计算的情况下，FOAM存在发散现象。

[BznW]

@HITSC30 感谢回复！没有看到上文有网盘连接嘞，只看到了您最初的设置，请问您最终是如何解决这一问题了呢？设置了更小的时间步长吗，还是更换了网格，以及有没有出现十分大的压力波动现象呢？

[HITSC30]

@BznW
前期我们模拟TPU114模型设置，见下载地址：
链接：https://pan.baidu.com/s/161fNMd9disZoZtW-CZgaRg
提取码：rznq

[BznW]

@HITSC30 好的，感谢！

[BznW]

@HITSC30 您好，我想请问下您的这里的图示是否使用了Spalding壁面函数呢？我做了一个算例均值表现似乎还行但是脉动结果差的有点多，如下图。我没有使用壁面函数，但保证了近壁面y+约为1.2左右，亚格子模型选用的标准的SGS，对流项离散格式选取的linearupwind，据我的尝试似乎对流项格式会对结果影响较大？想问下您的对流项格式最终选取的是什么呢？以及想请教下哪些设置可能会对风压结果尤其是脉动风压结果影响较大呢？

@HITSC30 在 钝体建筑扰流的大涡模拟 中说：

@HITSC30

[李东岳]

@BznW 在 钝体建筑扰流的大涡模拟 中说：

亚格子模型选用的标准的SGS

标准的SGS是哪一个？

[BznW]

@李东岳 李老师，我湍流模型用的是Smagorinsky，Cs参考一个师兄论文取得0.1

[李东岳]

据我的尝试似乎对流项格式会对结果影响较大？

针对这一点，LES是这样，不过有的时候linear会发散。只能多尝试。

[xjwang]

TPU的实验数据是一个小尺度的模型（缩尺比比较大），所以应该是能得到不错的模拟结果的，你可以参考一下Patruno之前发表的文章，有两篇是关于TPU数据的。我做的是NIST数据库的，长度比1:100，速度比1:4，也是个小尺度的模拟，结果还算可以，peak suction pressure 有的地方不太一样。

[xjwang]

我这个模拟就是用的smagorinsky SGS model, 和前边某大佬说的一样，压力松弛是1.

[coolhhh]

@BznW 先模拟空风洞看看湍流强度衰减多少，网格粗糙对脉动结果影响很大，加密网格试试

[coolhhh]

@xjwang 大佬，想问下你发的这个图的improved DSRFG，是发表在哪篇文章？

[BznW]

@coolhhh
感谢各位师兄回复，空计算域风场已经调整过应该还算对得上，但是最终算的结果尤其是脉动风压对不太上（以及侧面的平均风压），如上上图整体偏小，算例近壁面y+平均值在1.2左右，库朗数最大值始终在1左右。现在考虑可能的原因是对流项离散格式和亚格子模型的选取问题？或者说可能是因为TPU除了Iu剖面的其他统计量与我自己的假设不同导致的结果差异？另外一个问题想请教各位师兄的是因为网格密和时间不长小所以每次调整参数比较慢，我看有的文章会采用较大的时间步长比如0.001，但不知道当取大时间步长以及壁面函数比如前面师兄的nutUSaldingWallFunction结果尤其是脉动风压结果还能否计算准确呢？

[coolhhh]

@BznW

1. 把坐标轴数值范围设置大点，平均风压为[-1.5,1]，脉动风压为[0,0.5]，你的结果看起来跟别人的应该差不多。

2. 模拟出口用了压力出口吗，入口用了什么方法？感觉应该有做入口质量平衡修正

3. 计算保证了近壁面y+平均值在1.2，时间步长设置多少？对于TPU要保证y+<1，时间步长应该要特别小。

4. nutUSaldingWallFunction，目前模拟结果精度其实跟你现在模拟结果差不多，但时间步长比如0.001，这个设置感觉还是偏大。脉动风压小，漩涡脱落强度弱，导致侧面的平均风压偏小，这对于LES是合理的结果。因为网格再加密计算量就非常大了，比如每个方向网格加密1倍，总数量就是增加到8倍，对于脉动的过滤改善效果可能也未能达到预期。

5. 总的模拟时长设置，实际用于统计风压的时长设置，这也可能对结果影响

[coolhhh]

@BznW 还有OF输出的是动压力，处理风压数据乘以密度1.225了吗？

[xjwang]

@coolhhh 论文发表出了点问题，审了两年了，貌似杂志那边有点变动，然后还有些其他因素，你如果需要的话，我可以私发你一个pdf看看，但我只是用latex写道了我的dissertation里边了，也许需要一两天的时间整理成一个单独的pdf。

[coolhhh]

@xjwang 非常感谢，我的邮箱：coolclw67@163.com

[xjwang]

@coolhhh 我几天内发给你啊，这两天有点事，还需要整理一下！

[BznW]

@coolhhh 感谢回复！这两天做了两个算例

1. 我把坐标轴改成了您建议的，同时加上了最近两天的使用壁面函数（WMLES，y+在20+左右）的结果如下图。

因为算例设置的似乎对比性不大，只能看出用不用壁面函数确实像您说的对风压模拟影响不大。

2. 模拟出口的压力出口指的是？入口用的是师兄提出的改进的CDRFG，是经过通量修正的。

3. 对于LESy+1.2时，为保证最大库朗数=1，时间步长取得很小在0.000025左右，所以计算的很慢十天左右才一个结果

4. 几个结果确实都显示侧面漩涡脱落模拟不足，导致侧面脉动风压小，平均负压绝对值偏小。

5. 总的模拟时长在10s，取的是后5-7s统计的数据

然后我还有几个问题想请教下各位师兄

1. 这种侧面漩涡脱落模拟不足的主要原因是什么呢，网格、亚格子模型或是继续尝试别的离散格式

2. 采用pimpleFoam能否加大时间步长库朗数提高计算结果还是否准确？因为我看是有人在大库朗数下进行一些模拟，不知道对于风压模拟有没有采用过大库朗数计算的，但是我似乎库朗数一旦大于5就立刻发散停止？

3. 我采用的是nutUSalding壁面函数，壁面函数模化近壁面的速度分布（湍流粘性分布？）得到近壁面切应力，那壁面切应力和风压的关系是什么呢？也即这与风压模拟的准确与否有何关联？

4. 对于入口的通量修正像Kim, Y., Castro, I.P., Xie, Z.T., 2013. Divergence-free turbulence inflow conditions for large-eddy simulations with incompressible flow solvers. Comput. Fluids 84, 56–68.这篇文章提到的说基本不会改变入流的统计特性，但是我尝试了下无论是NSRFG还是CDRFG经过通流修正后都会引起入口统计参数改变尤其是顺风积分尺度和功率谱如下图，未通量修正前与目标值对比良好。不知道您有没有这种情况。
   
   猜测原因应该是生成的风速入口本身的通量时变太大导致达不到修正系数的这个精度只达到了1±0.1的精度！ Gungor, A.G., Sillero, J.A., Jimenez, J., 2012. Pressure statistics from direct simulation of turbulent boundary layer. Hawaii Seventh International Conference on Computational Fluid Dynamics (ICCFD7). (Accessed July 2012), 9-13.
   所以RFG系列方法本身生成时是不是没有考虑尽可能保证入口总通量守恒，以及零散度条件与通量守恒应该没关系吧？

5. 还有就是像这篇文章说的[Simulation of approaching boundary layer flow and wind loads on high-rise buildings by wall-modeled LES]相对于在入口二维平面生成零散度入口来说，保持入口通量守恒是不是重要一些？

不好意思问题可能有点多，盼复！