Cd计算不准的问题-LES-Re3900-三维圆柱绕流-pisoFoam

yhdthu

你好，我做了一个类似的算例，不过是二维的试算，我查看了涡量，不知为何非常大，请问你有没有类似的问题呢？

yhdthu

另外还有，请问你的时间平均怎么做的呢？比如第一个图蓝色的线Cd，是把每个周期内t～t＋delta t的Cd做平均画出的图，还是直接吧0～t时间段的做平均？

random_ran

Hi yhdthu:

我的这个case没有重点关注涡量的绝对大小。主要考察的是平均Cd， Strouhal 数，recirculation的长度。 voriticiy 只是用三维等值面做了一下wake的结构。不知道你的case 重点考察的对象是什么？如果你能提供的一下你的涡量考察的座标，我可以把我的数据提供给你。

对于蓝色的线的Cd 我是把每个一个时间步长的Cd都输出来。这个Cd是平均的整个Cylinder的表面。然后把每个时间点的Cd 对时间用matlab plot一下就是那张图了。

yhdthu

@random_ran
好的，谢谢你
第一个应该是用的DES模型计算的吧，我看帖子最上面的Cd随时间变化幅度很小，但是后面哪个用了动力模式做的Cd图波动很大，虽然均值基本上是和实验对得上的

我的目的是想做空化模拟，但事前要先将湍流结构捕捉的较好才可以，目前二维试算用的是动力模式，Cd波动也很大，我不是每个时间步输出的结果，平均起来效果不是很好，可能是样本点太少了

可否将Cp曲线也po出来呢？还有其时间平均的定义，希望能做个参考，非常感谢

BTW，如果可以的话，加个微信好友，可以随时交流～358253794

random_ran

最开始确实是DES。 dynamicKEqution 的一大特点就是波动性，我第一次看到这个湍流模型运行出来的Cd历史的时候也被惊讶到了。可以参考：

Lysenko, Dmitry A., Ivar S. Ertesvåg, and Kjell Erik Rian. “Large-Eddy Simulation of the Flow over a Circular Cylinder at Reynolds Number 3900 Using the Openfoam Toolbox.” Flow, Turbulence and Combustion 89.4 (2012): 491–518. Web.

如果湍流结果是一个前置条件的话，特别是你的雷诺数上千以后，2D的模拟总会计算出一个较高的Cd结果。我不知道你是怎么计算Cd，O.F. 自己有专门计算Cd的object：

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      forceCoeffsIncompressible;
}

你可以按自己的需求调整输出频率。另外，文献中对采样点的多少也是各有各的看法。有的人（Franke 2002）采样150个周期(shedding period)，有的人（Kravchenko and Moin 2000）说采样10几个周期的结果和自己的实验结果很吻合，而更多的周期则会出现偏差。个人建议30~50个周期。

我这里有最开始那个DES的Cp图，传统的plot方法。后面的因为考察的方向不同，没有用传统的方式画，对你也没有参考价值。Lysenko 2012 年那篇里有Cp的plot，你可以参考他的。

Cp的做法，我是用ParaView 后处理得到的。先在OF设置好：在一个周期内，输出，比如20个点（包含p,U场）。计算完成后在圆柱的中截面截取出压力值用来计算Cp （这个Cp是截面Cp值），这和Cd （整个圆柱）的算法是有区别的。得到了一个个的输出的时间点的Cp值之后，再对所有的采样的周期，比如30个周期，求出平均值。

ps 论坛的回复没有办法插入图片，如果你有需要我那个Cp，可以发我的邮箱.

个人习惯：不用微信以及一切即时通信软件。这是并行计算的哲学告诉我的：尽量减少cpu之间的通信以提升效率。 :joking:

yhdthu

@random_ran 好的，方法基本一致，我自己再整理一下，我觉得我的问题应该是后处理的问题，有问题再交流，祝好

wwzhao

@yhdthu 可以做fieldAverage，然后用生成的pMean来计算Cp。

yhdthu

@wwzhao 是的，我就是这么做的

yhdthu

还有个问题，请问LES网格大小是怎么确定的呢？我是根据kolmogorov理论确定的delta，即：

L0/6 < delta < 60L0Re^(-3/4)

(L0是积分尺度)

还有壁面附近是怎么处理的呢？

依据此做的网格，感觉网格有点粗，不知你是怎么确定的呢？

random_ran

@yhdthu

近壁的地方是最难处理的，因为在这些地方没有大涡。LES也可以用wall function来避免太多的计算量，但是wall-resolved的LES的网格和DNS非常接近。

通常对壁面网格的控制是用无量纲墙距离 (yplus/y+)来标定。这个量的确定和雷诺数密切相关。对于wall-resolved的LES，y+<1是文献中最常提到的。对于用wall function的例子，y+可以放到30到200之间用来避免buffer layer，不同的wall function 还是有一些不同的要求。

对于stream-wise, span-wise，wall-resolved 的LES还有更高的要求。Georgiadis (2010）给出的建议是:

50< Δx+<150; Δy+<1; 15< Δz+<40

POINTWISE, NASA都给出了依据y+计算第一层网格高度的公式。

可以看看这个帖子。

yhdthu

对于方形计算域，我猜是不是因为网格过渡均匀性做的不好导致的Cd偏大？

Junhua PAN

方形计算区，o型网格覆盖3D~4D范围，再加上尾迹区加密，结果应该是一样的。主要原因，猜测是非正交网格对涡解析不够，造成Cd或Cl差异。至于涡对Cd和Cl影响，可以参考吴介之老师的涡动力学。

random_ran

当时的计算结果高了大概10%~20%，当时试了很多：
 Fixed grid jump transition area
 Use LUST scheme for the convective terms
 Implement LES turbulent models such as TKE and Smagorinsky model
 Use nutLowReWallFunction instead of nutUSpaldingWallFunction
 Increase computational domain
 K and nut parameters
 Boundary conditions: two cyclic with two slip wall conditions

最后的结果发现换网格的效果是最好的。圆形计算域的正交性更好一些。而且这个计算域用自动生成都可以做到很好的质量，何乐而不为呢？

yuan_neu

@Junhua-PAN 求书名，网上没搜到

yuan_neu

@random_ran 想请教一个问题，如果用symmetry网格的话，对计算结果影响大吗？

random_ran

如果单纯从均值Cd的大小上看，这两个边界条件，对于我所用的那个网格并没有太大影响。

我最开始的时候也是用过symmetry的边界条件，但是我觉得slip-wall 的边界条件可能更适合描述我当初对这个问题的理解。

后来我发现这个研究方向上的文献中，绝大多数人在span-wise都是用cyclic的边界条件。用cyclic边界的条件的优势之一就是能把模拟的有限长度的圆柱，当成无限长来出来。换句话说就是end-effect上有很强的优势。这个即便是做风洞实验都无法克服的问题，因为风洞中都要用end-plate来矫正端部对流场的影响。

Yeo, DongHun, and Nicholas P. Jones. “Investigation on 3-D Characteristics of Flow around a Yawed and Inclined Circular Cylinder.” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96.10–11 (2008): 1947–1960. Web.

这篇文章中3.1节讨论了 slip-wall 和 cyclic wall 对涡结构的影响。作者发现在cyclic边界条件受边界的影响要小，因此cyclic边界条件能更好模拟三维圆柱绕流这一经典问题。

yuan_neu

@random_ran :kiss: :kiss:

Junhua PAN

@yuan_neu Vortical Flows 第9章

程迪

@random_ran 在 Cd计算不准的问题-LES-Re3900-三维圆柱绕流-pisoFoam 中说：

时的计算结果高了大概10%~20%，当时试了很多：
 Fixed grid jump transition area
 Use LUST scheme for the convective terms
 Implement LES turbulent models such as TKE and Smagorinsky model
 Use nutLowReWallFunction instead of nutUSpaldingWallFunction
 Increase computational domain
 K and nut parameters
 Boundary conditions: two cyclic with two slip wall conditions
最后的结果发现换网格的效果是最好的。圆形计算域的正交性更好一些。而且这个计算域用自动生成都可以做到很好的质量，何

你对比的是啥文献，用的什么边界条件呀？

我看有个早期文献是用FVM加变换算的无穷大边界的，和一般的有限大小边界还不一样。

如果你考虑正交性，你在fvScheme中加修正了么？梯度用的啥？OF对非正交和skew都有相应的修正方法，可以提高一点儿精度。我写过一个小帖子OF修正小结，你可以尝试搞搞边界条件类型和fvScheme中的修正。

random_ran

主要参考的是
Lysenko, Dmitry A., Ivar S. Ertesvåg, and Kjell Erik Rian. “Large-Eddy Simulation of the Flow over a Circular Cylinder at Reynolds Number 3900 Using the Openfoam Toolbox.” Flow, Turbulence and Combustion 89.4 (2012): 491–518. Web.

Lysenko (2012) 用的是：

inlet: 层流
outlet: wave-transmissive conditions （不太明白，我用的是 pressure:fixValue=0）
span-wise: periodicity
cylinder: no-slip

能提供一下那篇早期文献吗？

当时没有考虑正交性问题, 关于梯度的离散是这样设置的:

gradSchemes
{
    default         Gauss linear;
    grad(nuTilda)   cellLimited Gauss linear 1;
    grad(U)         cellLimited Gauss linear 1;
}

这个贴子当时是在算Re3900的时候遇到Cd的过高估计，最终发现换一套网格和用dynamic kEquation 就能把Cd预测的很准了，所以那段研究就没有再进行下去了。

有时间我会再把以前的那套网格用你提供的方案再算算，看看结果会怎么样。

CFD中文网

Cd计算不准的问题-LES-Re3900-三维圆柱绕流-pisoFoam