LES圆管湍流的速度曲线和DNS不符,请问问题可能出在哪?



  • 最近做了一个pipe flow的LES模拟,用的是dynamicKEqn湍流模型和pimpleFoam瞬态求解器,但是得出的曲线在近壁区域(y+<10)符合的还好,但是在y+在(10, 500)的区域总是相差很远,如下图所示。

    我的网格已经算是很细的了,轴向Δx+ =40, 径向近壁Δy+ =0.5,径向圆管中心Δy+ =20,周向Δz+ =20. 请问还有什么原因会导致这种问题?

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  • 管理员

    你的结果看起来还行啊?需要继续调整么



  • @东岳 是的还想再调整一下。而且我最近还试了很多种网格精度,发现甚至是我的近壁区域网格Δy+ =5,曲线依然是这样,没有大的变化,在y+<10的区域挺符合,但是在在10<y+< 500的区域不符合,请问这是什么原因呀?LES的近壁网格不是要求Δy+ <1嘛?



  • 径向和轴向的分辨率感觉足够了,周向20稍微有点大,再加密一些应该会有改进。另外我对比过dynamicKEqn和WALE, 还是后者与DNS结果更接近



  • 您好,请问采用LES计算圆管内湍流时,如何设置的边界条件,包括入口脉动如何实现设置的呢?希望方便时回复一下,十分感谢!


  • 管理员

    @zhangxc0223 这面壁面曲线大体就是这样了,A quantification method for numerical dissipation in quasi-DNS and under-resolved DNS, and effects of numerical dissipation in quasi-DNS and under-resolved DNS of turbulent channel flows 下图是JCP一个文章中计算的,无法改善

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  • @zhangxc0223 请问您在管流LES模拟时,入口和出口边界条件在OF中是如何设置的?谢谢!



  • @霜染丹枫 入口用的是turbulentInlet,出口是inletOutlet



  • @zhangxc0223 首先十分感谢您的回复。不过我最近还有个问题一直有疑问,就是看了很多文献,提到了在初场添加扰动,进出口使用周期边界条件,这样可以算出湍流。但是这个扰动只在初始时刻添加,还是一直添加呢?很多文献没有明确指出,希望得到您的回复。



  • @霜染丹枫 初始时刻添加 后面自己充分发展



  • @starDust 感谢回复,采用进出口周期边条+初始扰动,在槽道流(参考kim的DNS结果)算出了湍流,但是采用同样的设置进行管流模拟(eggels-1994管流DNS及实验结果)时,随着计算的进行,湍流消失了,当然管流目前管流的计算时间有点短(10s左右),不过感觉继续算出湍流的可能性也不大,不知道是什么问题导致的,甚是捉急啊,请您不吝指教,十分感谢。
    槽道流(116s)-对照kim的DNS结果
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    管流(7s)-参照eggels-1994
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  • @霜染丹枫 槽道和圆管我都算过 用的同样的方法 没有出现这种问题 具体原因我也不是很清楚



  • @starDust 您好,请问可以加个联系方式麽?在您时间方便时请教一下,这个问题已经困扰很长时间了,看了很多文献也没攻克,希望您稍微指导一下,如果可以的话,您可以加一下我的qq(1191364394),真心求教:xiexie:


  • 管理员

    官流网格多少万?

    在槽道流(参考kim的DNS结果)算出了湍流,但是采用同样的设置进行管流模拟(eggels-1994管流DNS及实验结果)时,随着计算的进行,湍流消失了,

    就是几何不同?一个槽?一个管?



  • @李东岳 感谢李老师回复,管流几何尺寸是参照eggels-1994这篇文献(文献中DNS计算和HWA实验的几何尺寸),直径D是0.0954m,流向长度是0.477m(即5倍直径),网格:径向-周向-流向=96x128x128,径向壁面首层网格5x10(-6)m时y+=0.2左右,我自己估算得到流向无量纲网格尺寸为Δx+=14.03,周向无量纲网格尺寸(rΔθ)+=8.8。时间步长是满足CFL=u*Δt/Δx<1给定的,其中Δx是流向网格尺寸。LES采用动力学Smagorinsky模型。初场采用DNS的平均速度型加10%的随机扰动,进出口给周期边条,初始的扰动在计算开始一段时间后就消失了,每个时间步监测的云图都如上个贴中圆管云图那样,然后这样计算了100s之后也没出现湍流状态。是不是我网格和时间步的知识点理解有误,导致的出错。



  • @李东岳 李老师,这是我用ICEM绘制的O型圆管网格,不知道有没有问题?上面是我的网格,下面是文献网格。(不知道咋调整图片大小,排版很丑,见谅:143:
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  • 随机扰动很快会耗散
    用perturbU这个utility在边界层内产生流向涡结构的扰动能加快流动发展



  • @starDust 感谢回复,我目前在用fluent计算,采用前面帖子中的方法在直径D=2m,轴向长度L=10m时,Re=5400,扰动加入后能维持住,继续计算可以得到湍流,但当把几何改为毫米级别的圆管时,网格和时间步设置应该都没有问题,也保证Re=5400,采用同样设置后,扰动在开始计算后慢慢就消失了:zoule:


  • 管理员

    网格157万?不涉密的话,把网格传一下,我不会用fluent,只能用openfoam试试。



  • @李东岳 十分感谢您的回复,我上传了ICEM文件(包括.msh文件),几何尺寸:直径D=0.8mm,流向长度L=8mm,流向长度L是特征尺度直径D的10倍,满足张兆顺老师-湍流大涡模拟应用与理论一书中指出的,壁湍流计算域必须包含大尺度结构的要求(但书中是以槽道流为例,我根据同样的计算公式用在圆管流向长度的设置,但是径向尺寸没有发现是否有特定要求,需要了解的大侠指点一下)。流向网格Δx+=25.5,ΔRmin+=0.9,ΔRmax+=7.2。另外自定义一下流体工质,密度是352kg/m3,动力粘度是0.000054Pa·s。边界条件为进出口周期边界,流体质量流量为0.000178kg/s(Re=5300),不可压缩,常温。目前的问题是该计算在时均速度型+扰动作为初场的情况下,随着计算进行扰动消失,未计算得到湍流状态。李老师辛苦了:xiexie:
    百度网盘链接:https://pan.baidu.com/s/1T27-k-x78orsqhZ1JAyfmw
    提取码:745h


  • 管理员

    好的,我还没计算。不过这么小。直径不到1毫米。粘性太大了。你那有没有参考文献,使用这么小的几何,计算湍流的。发来瞅瞅



  • @李东岳 几何尺寸小确实是个问题,但是如果无量纲尺度和对比文献相同的情况下,应该都能得到湍流状态,这也是做这个计算的目的,验证在小尺度下的湍流结构。另外我看的大多管流LES或者DNS的文献,几何尺寸确实都较大,比如这个经典的管流DNS及实验的文章(D=95.4mm、112mm)。我目前正在计算D=2m的管流,采用前一帖子的方法,湍流自始至终都能维持住,并且正在计算得到的统计时均速度看起来比较理想(RMS速度还没处理),但是小管径时就不行,扰动很快消失。希望李老师有时间的话,可以计算一下,看openfoam是否实现起来会比较容易,如果这样的话,我将转向openfoam,哈哈!(另外,如果这个问题搞情况之后,我很乐意新开一个帖子,把湍流大涡模拟计算过程中的一些问题与大家分享,希望对相关研究的同学有所帮助,同学习,共进步)Fully developed turbulent pipe flowa comparison between direct numerical simulation and experiment-eggels1994.pdf
    管径D=2m的速度云图
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