yPlus在openfoam代码里面的实现
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大家好,
我想在openfoam里面植入y+的公式。
我看到在nutLowReWallFunciton.C里面有关于yPlus的定义:tmp<scalarField> nutLowReWallFunctionFvPatchScalarField::yPlus() const { const label patchi = patch().index(); const turbulenceModel& turbModel = db().lookupObject<turbulenceModel> ( IOobject::groupName ( turbulenceModel::propertiesName, internalField().group() ) ); const scalarField& y = turbModel.y()[patchi]; const tmp<scalarField> tnuw = turbModel.nu(patchi); const scalarField& nuw = tnuw(); const fvPatchVectorField& Uw = turbModel.U().boundaryField()[patchi]; return y*sqrt(nuw*mag(Uw.snGrad()))/nuw; }
我目前在改湍流模型,里面需要用到yPlus,所以就想着引用这里面yPlus()的定义到自己的代码里,但编译一直会报错。
不知道正确的操作应该是怎么样的?谢谢。 -
这个思路是正确的。你这段代码来自在类里面,你在程序里面做的时候,需要把必要的成员都定义一下。比如
const turbulenceModel& turbModel = db().lookupObject<turbulenceModel> ( IOobject::groupName ( turbulenceModel::propertiesName, internalField().group() ) );
里面的
turbulenceModel
就需要定义一下,加点代码。以此类推。 -
@东岳 老师您可以再提示下吗?
错误里面汇总就是:there are no arguments to ‘patch’ that depend on a template parameter, so a declaration of ‘patch’ 或‘internalField’或‘db’ must be available
不好意思代码功底有点差
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there are no arguments to ‘patch’ that depend on a template parameter, so a declaration of ‘patch’ 或‘internalField’或‘db’ must be available
错误提示patch没有生命,你需要声明一下。你需要系统学一下。一时半会估计整不出来
我想在openfoam里面植入y+的公式。
你直接计算yPlus不就可以了?
postProcess -func yPlus
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@东岳 我想在湍流模型中植入fMu,公式是:
里面有y+,所以想引用yPlus
用后处理工具算出来的y+是定值吧,直接简化成定值带进去吗? -
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@东岳 是的,体标量场
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y+在体场的计算公式你那有么
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@东岳 代码里面公式在nutLowReWallFunciton.C的yPlus()体现
计算公式就是: -
$\tau_w$是壁面剪切力,只有在壁面才有值
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@东岳 那从一个壁面函数的代码里面引用yplus到湍流模型的代码里不知道怎么操作
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那从一个壁面函数的代码里面引用yplus到湍流模型的代码里不知道怎么操作
代码倒不是问题。我觉得构成问题的,是如何在非壁面处求yPlus,目前我还没找到相应的公式,有公式就不难处理
不知道有没有人见到过如何在非壁面处求yPlus的数学公式?
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湍流模型中的yPlus一般是算wall边界网格高度的,你这种可能需要用
wallDistData
来计算,具体可以参考vanDriestDelta
的源码。 -
@wwzhao 谢谢!我看了vanDriestDelta.C,里面好像是计算yStar?不知道要怎么参考
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van Driest 也是施加 damping function,跟你这个比较类似,van Driest damping function 的定义可以参考这里。
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最近算了几个验证壁面函书的LES,可能加van Driest会更准。有空把这个算立整理整理发上来
另外得知:
@东岳 在 yPlus在openfoam代码里面的实现 中说:
如何在非壁面处求yPlus的数学公式?
自我回答,跟常规方法一样。程序里:
#include "wallDist.H" int main() { volScalarField Dist(wallDist::New(mesh).y()); dimensionedScalar uTau("uTau", dimVelocity, 1.003); volScalarField yPlus(Dist*uTau/turbulence->nu()); }
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@东岳 谢谢老师!这里面的uTau为何直接取1.003呢?不需要植入它的公式吗?
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如果要植入MK湍流模型的话,里面有一项
其中y+我按照了东岳老师提供的方法,那就是如下图:
编译成功,但按这个湍流模型跑的结果不对。uTau为何设成1.003呢?如果要植入uTau的公式,那tauw这个如何得到呢?源代码里面相关的有tauw跟wallshearstress,但是不知道怎么引用。还望赐教。
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@Calf-Z-DNS 我那个是我自己写哒,计算出来之后是1.0003,具体我有点忘了下周回办公室给你看看
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@东岳 好的谢谢!
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@东岳 老师 ,请问uTau不应该用公式植入吗?在沿管方向的壁面上,uTau应该是变化的吧。如果用初始值计算出来的uTau定值植入,我试了下,湍流模型没有达到自己预想的效果。
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@Calf-Z-DNS 对,是用公式计算的,明天去办公室给你看看
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$u_\tau=\sqrt{\nu_t \frac{\rd u}{\rd y}}$
我在几年前看过有人做管道流动的温度DNS,非常酷炫,一直在关注你的结果,有好结果了发上来炫一波啊
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@东岳 谢谢老师。uTau的公式我知道,但不用把这个公式植入代码里面吗?如果需要的话,有点不太清楚怎么写入代码,还望赐教。
DNS圆管的算例目前还在算呢,所需要的资源太大了,算比较慢。 -
forAll(xxx, patchi) { utau.boundaryFieldRef()[patchi] = sqrt(nut.boundaryField()[patchi]*u.boundaryField()[patchi].snGrad()); }
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我之前见过一个视频,DNS模拟这种平板之间的浮力驱动流,最终里面的流体呈现这种弯曲的流线,这叫什么现象?最近打算复现一下这个东西
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我做的压力驱动流,也是两个平板间的channel flow,上下有温差,但不考虑浮力。瞬时温度场长这样:
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你这个有弯曲的形状出来么?
本来打算这次OKS准备下这个模拟时间不够了,下次OKS准备一下,https://arxiv.org/pdf/1904.11400.pdf 主要是这个工况里面的流动感觉很有意思
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没有具体看流线,但我觉得应该是弯曲的,不过不清楚是否是规律弯曲的。
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@李东岳 请教下李老师~对于这里计算uTau,我用dimensionedScalar 是可以运算的,但是用这块代码计算uTau会报错,可能理解不太对。对于forAll中的×××,认为是uTau, 在这之前,我先定义了uTau是一个体标量场,初始值给的0,您代码中的u.boundary中的u认为是U.component(0)(), 这样代码能编译成功,但是运行几步会报错,请老师指教一下,万分感激(Ps 我在湍流模型里面实现这几个量,离壁面距离已经给出了,就是y_):
volScalarField u(U.component(0)()); volScalarField uTau(0*sqrt(k_)); //dimensionedScalar uTau("uTau", dimVelocity, 1.003); dimensionedScalar uTausmall( "0", dimensionSet(0, 1, -1, 0, 0, 0, 0), 1e-20 ); forAll(uTau,patchi) { uTau.boundaryFieldRef()[patchi] = sqrt(nut.boundaryField()[patchi]*u.boundaryField()[patchi].snGrad()); } uadd_ = u/(uTau + uTausmall); yadd_ = y_*uTau/((this->mu()/this->rho_));
运行报错为:
#0 Foam::error::printStack(Foam::Ostream&) at ??:? #1 Foam::sigFpe::sigHandler(int) at ??:? #2 ? in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #3 Foam::sqrt(Foam::Field<double>&, Foam::UList<double> const&) at ??:? #4 Foam::sqrt(Foam::tmp<Foam::Field<double> > const&) at ??:? #5 Foam::RASModels::kOmegaSSTyuPlus<Foam::EddyDiffusivity<Foam::ThermalDiffusivity<Foam::CompressibleTurbulenceModel<Foam::fluidThermo> > > >::correct() at ??:? #6 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" #7 __libc_start_main in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #8 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" Floating point exception (core dumped)
说是这个里面的sqrt传入变量不对?
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@fangyuanaza 在 yPlus在openfoam代码里面的实现 中说:
u.boundaryField()[patchi].snGrad()
u.boundaryField()[patchi].snGrad()
加上 mag 试试,也就是改成
mag(u.boundaryField()[patchi].snGrad())
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@xpqiu 谢谢老师~按您这样修改以后,确实没有sqrt的错误了,但是还有错误没有解决:
#0 Foam::error::printStack(Foam::Ostream&) at ??:? #1 Foam::sigSegv::sigHandler(int) at ??:? #2 ? in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #3 Foam::RASModels::kOmegaSSTyuPlus<Foam::EddyDiffusivity<Foam::ThermalDiffusivity<Foam::CompressibleTurbulenceModel<Foam::fluidThermo> > > >::correct() at ??:? #4 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" #5 __libc_start_main in "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6" #6 ? in "/home/dyfluid/OpenFOAM/OpenFOAM-7/platforms/linux64GccDPInt32Opt/bin/rhoSimpleFoam" Segmentation fault (core dumped)
#3应该是最关键的,但是学生不太理解的是编译的时候仅仅是在基本的kOmegaSST湍流模型修改的BasicTurbulencemodel,这里为什么会出现fluidThermo名称空间下的错误?
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forAll(uTau,patchi)
这里有问题,按照这样遍历,你其实遍历的是每一个体网格,假设你有1000个体网格,那么 patchi 的范围是0-999,但是你接下来的代码是把 patchi 当成边界的编号来用,肯定不行的。至于为什么出现 fluidThermo下面的报错,那个是因为湍流模型有着一个复杂的继承关系,可压缩的计算所使用的湍流模型就会用到 fluidThermo 类相关的东西。
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@xpqiu 理解了,因此我应该取uTau的边界网格进行遍历
forAll(uTau.boundaryFieldRef(),patchi)
或者
forAll(uTau.boundaryField(),patchi)
可以运行成功!但是这里对这种编程思路不太理解:
由李老师提供的公式来看,这里
uTau应该是一个体标量场,这个值应该在近壁面是较大的,因为速度梯度较大,也就是边界层内部值比较大。那么为什么仅给网格边界赋值呢?而且,壁面上nut为零。如果只对边界进行赋值的话,uTau在壁面也是零。我输出uTau对比过了,uTau模拟出来结果在远场上边界才有值,其余地方为零,这是因为壁面nut为零,而场内部初始话赋予的零为初始值。所以学生认为应该直接对整个网格场赋值。不知道理解对不对,请老师指点一下。
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@xpqiu 请教老师,为什么不写成这样呢:
forAll(uTau_, celli){ uTau_[celli] = sqrt(nut[celli] * mag(tgradU()[celli].yx())); } uadd_ = u/(uTau_ + uTausmall); yadd_ = y_*uTau_/((this->mu()/this->rho_));
此处uTau定义为一个标量场。
是学生对这个公式理解不对吗? -
@fangyuanaza
$u_{\tau}$ 应该是定义在壁面上的一个量,因为这个量跟壁面剪应力紧密关联,内部网格是没有壁面剪应力的。
首先,壁面剪应力的定义为
$$
\tau_w = \nu\frac{\partial u}{\partial y}
$$
$\nu$ 是分子粘度。
使用有限体积方法进行计算时,所有的计算都是离散的,因此
$$
\frac{\partial u}{\partial y} \approx \frac{u_{internal}-u_w}{\Delta y}
$$
$u_{internal}$ 表示第一层网格的速度,$u_w$ 是壁面速度,一般是0。
如果壁面附近网格画得很密(yPlus < 1),那么 $\frac{\partial u}{\partial y}$ 与 $\frac{u_{internal} - u_w}{\Delta y}$ 足够接近,因此这种情况下,壁面剪应力可以用
$$
\tau_w = \nu \frac{u_{internal}-u_w}{\Delta y}
$$但是如果壁面网格画得粗,那么 $\frac{\partial u}{\partial y}$ 与 $\frac{u_{internal} - u_w}{\Delta y}$ 之间的差异就会很大。 OpenFOAM 的做法是利用 $\nu_t$ 来修正分子粘度,从而使得
$$
\tau_w \approx (\nu+\nu_t) \frac{u_{internal}-u_w}{\Delta y}
$$回过头来看,其实不管是近壁网格画得粗还是细,都可以用上一个公式来计算 $\tau_w$ ,只不过壁面网格很细( yPlus<1)时,可以认为 $\nu_t = 0$(但是 $\nu$ 不会等于0,所以壁面剪应力不可能为0,$u_{\tau}$ 也不可能为0)。而对于比较粗的网格,$\nu_t$ 比 $\nu$ 大得多,所以也可以认为 $(\nu_t + \nu) \approx \nu_t$,这应该也就是李老师写的公式的来源。
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@xpqiu 感谢老师这么详细的指导!我这个算例是二维平板流动的,第一层y+<1,在粘性底层,所以nut为零,应该用nu。所以其实我根本不需要编程计算uTau,因为它可以由壁面监测的壁面摩擦力除以密度然后开根号得到。因为对于u+, y+曲线图来说,uTau在壁面固定地方是固定的。我也对比了这两个值,在边界上编程用nu代替nut,壁面摩擦速度数值是2.5657. 而用监测的壁面摩擦力及密度计算的壁面摩擦速度值是2.5734. 非常接近。再次感谢老师的指导,也感觉到看书的时候认为理解的概念,实际操作发现其实根本没懂,还是要多实践啊。谢谢老师~
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@李东岳 东岳老师我在做和这个前辈类似的东西,请问您有他的论文或者算例文件可以给我学习下么?
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@xpqiu 您好,请问下我想利用utau来对距壁面距离和流体速度做无量纲化的,utau=sqrt(nuu0/y0) u0是壁面上方第一个网格的速度,y0是writeCellCentre命令写出的第一个网格的中心坐标,然后由于yPlus小于1,直接用mu来求解壁面剪应力,yPlus=utauy/nu,这样子算出来的yPlus与postProcess写出的yPlus有较大差距是什么原因?
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@vbcwl
请问你计算的时候,nut 的壁面边界条件设置的是什么?
postProcess 算出来的 yPlus 是调用 nut 的边界条件里面定义的 yPlus 函数算出来的。 -
@xpqiu 感谢前辈的回复,我用的laminar做qDNS,没有用到nut这些,只用到了p p_rgh U T。请问您了解过没有nut文件的情况么?
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@vbcwl
哦,如果是这样的话,那只能通过你描述的
$$
y^+ = \frac{y u_\tau}{\nu}
$$
的方式来算 $y^+$ 了。postProcess 这种计算方式调用的是湍流模型的东西,适合用湍流模型的场景。 -
@Calf-Z-DNS 你好,看到你提的这个问题,请问你解决了吗?
我也想计算整个流动区域近壁面好几层网格的yPlus,而不是仅仅贴壁面的一层网格的yPlus,暂时我看到的wallShearStress和yPlus的计算都是贴壁面一层的值;
或者像东岳老师的示例代码那样直接给定了不变的uTau,而其实2维流动中,沿着流线方向uTau是变化的,所以我觉得比较复杂的是,怎么用某一壁面网格上的wallShearStress(或uTau)确定 对应法线方向上的多层网格yPlus,这个对应关系不知道如何寻找。
希望我表达清楚了,非常感谢!