通过wallShearStress求壁面平均剪切应力
-
通过
postProces -func wallShearStress命令求得壁面剪切应力后在各个时刻文件夹下得到wallShearStress文件，其中数据格式为volVectorField，现在我想求壁面剪切应力在指定壁面上的密度加权面积平均值（可压流），我有两个问题想请教大家：- 实际上壁面剪切应力方向应该为沿壁面方向，但得到的壁面剪切应力为矢量，，比如沿x方向的壁面上（二维）某个剪切应力为
(-4, -6, 0)，是不是实际壁面剪切应力应该取该矢量在指定壁面上的投影？这个说法在与x轴成一定角度的斜壁面是否也成立？ - 我想得到壁面平均剪切应力，用的以下代码加后处理语句
postProcess -func aveShear（aveShear为代码文件名），代码可能存在的问题：对矢量场进行加权平均操作，但我不知道如何去单独取wallShearStress的x方向或者与壁面矢量的内积，还请大佬解惑。
type surfaceFieldValue; libs ("libfieldFunctionObjects.so"); writeFields false; log false; regionType patch; name up_wall; operation weightedAreaAverage; weightField rho; fields (wallShearStress); - 实际上壁面剪切应力方向应该为沿壁面方向，但得到的壁面剪切应力为矢量，，比如沿x方向的壁面上（二维）某个剪切应力为
-
笔记的相关部分已经拜读，仍有点困惑，对于沿x方向的二维壁面，壁面剪切应力矢量应为
(x,0,0)的形式，但是实际上求出来为(x,y,0)，且y和x量级相当不可忽略。实际中取用壁面剪切应力只需要取x的值？或者说是在壁面上的投影值？
密度加权面积平均值应为$\frac{\sum |\bfS_f^i|\rho_i \tau_{xy}^i }{\sum |\bfS_f^i|\rho_i}$，但是我发现wallShearStress中的量纲是[1 -1 -2 0 0 0 0]，也就是Pa，意味着在可压求解器中得到的壁面剪切应力已经包含了密度，那么要得到壁面平均剪切力，只需要求areaAverage，即$\frac{\sum |\bfS_f^i|\tau_{xy}^i }{\sum |\bfS_f^i|}$，相关代码为type surfaceFieldValue; libs ("libfieldFunctionObjects.so"); writeFields false; log false; regionType patch; name up_wall; operation areaAverage; fields (wallShearStress);经过实践是可以得出结果的，即对应力的每个分量进行了面积平均计算，记该平均矢量为
(x,y,z)。假设：壁面为直壁面，壁面方向矢量为(a,b,c)，且wallShearStress中的矢量在壁面上的投影即为实际壁面剪切应力，那么最终的壁面平均剪切力为两矢量内积ax+by+cz，在数学上这个结果与先求每个面元上的剪切力再求面积平均是一致的。
然而，对于弯曲壁面，必须要先求每个面元上的剪切应力，再进行areaAverage得到平均剪切力或者进行areaIntegrate得到壁面总剪切力，个人认为需要用function中的coded（参考），但不知道如何实现在指定壁面上对每个面元进行壁面剪切应力与壁面方向矢量相乘再输出一个场，望各位赐教。 -
-
破案了，
wallshearstress的法向分量为法向粘性应力。看来还是理论基础不够扎实。OpenFOAM计算圆球绕流过程中，如何输出切向粘性阻力系数和法向粘性阻力系数？或是如何从输出的结果中计算得到？ -
我也想问一下，不知道理解对不对。对于湍流粘度(Eddy Viscosity)模型，壁面切应力应该是这个
$$ \tau_{w}=\tau_{d} \cdot {n}_f =-\mu_{eff} \cdot {dev}(2S) \cdot {n}_f $$$ S $是应变率张量， $\mu_{eff}$ 是流体的有效动力粘度(考虑湍流影响)， $dev$ 是二阶应力张量的deviatoric操作，用以获取该项的剪切应力部分
$$ dev(\tau)=\tau - \frac{1}{3}tr(\tau)\bf{I} $$$$ S = \frac{1}{2}(L + L^T) = \begin{bmatrix} \frac{\partial u}{\partial x} & \frac{1}{2}(\frac{\partial v}{\partial x} + \frac{\partial u}{\partial y}) & \frac{1}{2}(\frac{\partial v}{\partial x} + \frac{\partial u}{\partial y}) \\ \frac{1}{2}(\frac{\partial u}{\partial y} + \frac{\partial v}{\partial x}) & \frac{\partial v}{\partial y} & \frac{1}{2}(\frac{\partial w}{\partial y} + \frac{\partial v}{\partial z}) \\ \frac{1}{2}(\frac{\partial u}{\partial z} + \frac{\partial w}{\partial x}) & \frac{1}{2}(\frac{\partial v}{\partial z} + \frac{\partial w}{\partial y}) & \frac{\partial w}{\partial z}\end{bmatrix}$$
这样看的话，假设 $\tau_d$ 可以写成
$$\tau_d = \begin{bmatrix} \sigma_{xx} & \sigma_{xy} & \sigma_{xz} \\ \sigma_{yx} & \sigma_{yy} & \sigma_{yz} \\ \sigma_{zx} & \sigma_{zy} & \sigma_{zz}\end{bmatrix}$$
有$ {n}_f$为沿 z轴垂直于xy的平面A的法向矢量，写成
$$\bf{n}_f =\begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 1 \end{bmatrix}$$
那么得到的 $\tau_w $为，其中 $\sigma_{xz}$ 和 $\sigma_{yz}$为 A平面平行于 x 和 y 轴的分量， $\sigma_{zz}$ 为沿 z 轴 垂直于 A 平面的法向分量
$$\tau_w =\begin{bmatrix} \sigma_{xz} \\ \sigma_{yz} \\ \sigma_{zz} \end{bmatrix}$$
所以壁面切应力矢量$\tau_w $和面法向$\bf{n}_f$矢量方向不一致
