请教:基于FLUENT的LES模拟算不出湍流原因



  • 万分感谢 @ibelief 提供的邀请码。

    大家好,本人最近看到一篇方形管道流动的DNS文献,打算用LES方法重复该计算,发现自己设置的大涡模拟算不出湍流。
    该计算例子是这样的,矩形管道x,y,z方向的距离分别为0.24×0.01×0.01m,(x方向进出口周期边界)流体的物性密度932kg/m3,动力粘度0.00045N·s/㎡,主流Re_H=6200,主流速度应该在0.3m/s左右。网格尺度1024×166×166,文献通过DNS确实算出了湍流。(另外文献给出壁面摩擦雷诺数Re_tau=405,Re_tau的特征高度是取的是管道边长0.01m)
    然后我用LES模型重复上述计算,网格保持1024×166×166,壁面Yplus=0.1(第一层网格0.000008m), 主流Re_H也大约在6000左右,X方向进出口周期边界,计算出来的Re_tau=240(比文献中小一倍)。同时也流场和温度场都分层,看不出湍流,计算时间3s,按照流速0.3m/s,已经穿过至少3个0.24m周期了。(空间和时间离散都是二阶)

    除了上述情况外,小弟还有两个相关问题:

    1. Re_tau好多文章中计算用的特征长度是槽道的半高,但是我是按照槽道总高来计算的,我计算出来是240,如果按照半高也只有120,实验室同学说Re_tau=120,算不出湍流很正常,不知道这个说法是否正确?

    2. 自己计算的Re_tau和文献给的Re_tau偏差2倍

    烦请论坛CFDer指点!谢谢



  • 你算的是槽道流吧,湍流需要人工进行生成的,一种是进口处就设置人造湍流,一种是recycle&rescale的循环方法,进口边界是LES的难点,不知道你怎么设置进口条件



  • @一二 我用的是进出口周期边界,应该就是recycle的循环方法吧



  • @yishanbb2018 recycle需要加入一个正弦扰动,就是rescale的步骤,不然没法生成湍流



  • @一二 请教下具体应该怎么操作呢? 加入正弦扰动的原因是什么? 周期边界不是意味着充分发展么



  • @一二 充分发展的流动,N-S方程应该不应该自己生成湍流



  • @yishanbb2018 具体怎么做,你可以搜一搜CHANNEL FLOW的文献,湍流边界层上对正弦扰动比较敏感,所以需要添加正弦扰动来生成湍流,还有一种方法就是用DNS的数据作为初始场,这样就自动发展成湍流了。反正不对湍流进行任何操作的话,肯定不对。



  • 充分发展的流动,N-S方程应该不应该自己生成湍流

    这种方式你需要诉求高阶高阶再高阶的谱方法。Fluent肯定是不行了。
    你的湍流初始场应该附加湍流脉动。



  • @东岳 我个人觉得初始场加脉动只是为了计算加速。 我在计算中设置了周期条件,理论上充分发展,只要雷诺数不是太低只要充分发展就应该有湍流呀。

    另外计算出来的Re_tau差了一倍



  • 请问楼主咋解决的,我遇到了相同的问题



  • @yishanbb2018
    1.初始时刻要加扰动
    2.不要用smagorinsky模型



  • @alucard 请问"不要用smagorinsky模型"是为什么呢?



  • @mr-zhang 如何联系你,一起交流下



  • @yishanbb2018
    首先,网格分辨率要满足条件。fluent的话,建议展向z+在20左右,流向x+在40~60,垂直于壁面方向y+最小在1左右,然后增长率不要太大,采用icem里面的指数增长的话,增长指数最好在1.1或更小。
    其次,边界条件要有湍流,采用周期性边界条件是可行的。
    再有,初始场要有扰动,不然要算很久很久才可能出现湍流。fluent有提供一个非常好用的初始化流场工具,命令没记错的话,应该是solve/initialize/init-flow - instantaneous



  • @yishanbb2018 楼主,请教问题解决了吗?能否分享一下,谢谢。



  • @hhj0219 我按照luoluo提示算了,能算出湍流了,但是还是有一点问题,就是Re_tau跟文献DNS还是有差距,文献365,我算出来只有300,我算了15个flow througth time了,不知道是不是时间不够?



  • @yishanbb2018 我感觉计算时间应该够了吧。你尝试过不同的亚格子模型吗?
    还有一个问题,你是做时均特性研究,还是湍流结构研究呢?



  • 最好出数据图(非云图)看看



  • @yishanbb2018 这个时间挺长了。你检查过平均速度的Re达到参考数据的Re了么?另外还有一点个人经验是,利用fluent壁面第一层算出来的壁面切应力会和预期的值有一点差别,你可以取第三层的值对比看看。



  • 我也在想他后来算出来没



  • @东岳 我看了一些DNS和LES湍流计算的讨论,有不少学者采用perturbU在入口添加扰动,然后采用进出口周期性边条,同时给定压力驱动。我发现这些计算均是恒温条件下使用周期边条,但是如果壁面给定恒热流加热的话,温度场的变化是否会导致周期性边条不再适用,这种情况应该如何处理,请问东岳老师是否有所了解?


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