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  3. LES定义入口速度的问题(DSRFG方法)

LES定义入口速度的问题(DSRFG方法)

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82 帖子 16 发布者 163.2k 浏览
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    xjwang
    写于 最后由 李东岳 编辑
    #1

    大家好,最近遇到一个问题,我用了某种方法(DSRFG,Huang et al,2010)产生了入口风速,然后用openfoam中的timeVaryingMappedFixedValue作为入口的边界类型,把数据写在constant/boundaryData/inlet文件中,这样就可以读取数据了。但是这个边界类型,只能把数据定义在入口边界的各控制体的面中心上。其中有个offset选项,可以定义在平移后的一个界面上,但是这样的话,在入口处就没有风速了(不知道我这样理解对不对)。我现在想,能不能有什么方法,对入口边界面和入口边界的控制体中心同时定义速度。这样做的原因是,我发现,如果只是把速度定义在面上的话,那横风向和竖风向的脉动成分不能很好地传递进去。
    还有一个常识问题,通过分析顺风向不同位置的脉动风功率谱,发现沿着顺风向,功率谱密度不断减小,这个应该是正常的吧(当然能量损失和采用的离散方式有关,但存在一定的损失应该符合物理现象吧)?

    1133460306.jpg

    具体就像这样,定义两个入口边界。不知道能否实现?

    西湖冷月西 V 2 条回复 最后回复
  • 西湖冷月西 离线
    西湖冷月西 离线
    西湖冷月
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #2

    @xjwang 物理上这个问题是可以实现的,数值上应该就是怎么简化近似的问题。

    努力守恒。

    X 1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 西湖冷月 最后由 编辑
    #3

    @西湖冷月 在 定义入口速度的问题 中说:

    @xjwang 物理上这个问题是可以实现的,数值上应该就是怎么简化近似的问题。

    应该是我没有把问题说清楚,我是说,我在入口处添加了一定能量的脉动风,但发现沿着顺风向,能量一直在降低,我是想问,我在数值模拟的时候,有一定的能量损耗应该是正常的吧?
    感谢您的回复!

    1 条回复 最后回复
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    Vortex
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #4

    @xjwang 如果想要对入口边界面和入口边界的控制体中心同时定义速度,那么你需要修改这个边界条件代码了。具体怎么做就是每一时间步,把这个边界上附着的控制体改成边界上的值,这个是可以改边界条件代码做到的。你应该做的是模拟大气边界层流动的工作?沿着下流平均风速和脉动风速都会被降低,地面的摩擦剪切是耗散主要来源。想要不要被耗散,要加驱动压力项 (driving pressure term)作为源项来维持能量。

    X 1 条回复 最后回复
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    xjwang
    写于 最后由 编辑
    #5

    @Vortex 感谢大佬回复!我是在模拟大气边界层流!我现在是平均风速能拟合地很好,但是脉动成分有所降低,尤其是垂直风向的spanwise和vertical方向,损失最为严重,但发现它们损失到一定程度后就不变了。这个压力项应该是顺风向的压力吧,我在两篇论文中看到过,是修改了求解算法,就是pisoFoam或者pimpleFoam这种,加了一个恒定的力。不知道这个压力项的大小怎么取值?能不能给一些参考?还有类似修改边界条件代码的,能不能也给一些参考?非常感谢您的回复!!!

    V 1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 Vortex 最后由 编辑
    #6

    @Vortex 上边说的损失到一定程度后不变不够准确,因为画在对数坐标中,看起来不那么明显。

    1 条回复 最后回复
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    Vortex
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #7

    @xjwang 我看到的文献一般是在顺风向全场加$u_*^2/\delta$,$\delta$是大气边界层高度也即计算域高度,至于为什么是这个形式,是为了让计算域加的合力等于地面摩擦力,你自己可以推一推。我入口是域前模拟生成的,这个驱动力项也是预前域时就确定,用的是SOWFA的ABLSolver求解器的办法,具体怎么操作你可以看看它的代码。

    X 1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 Vortex 最后由 编辑
    #8

    @Vortex 非常感谢!!!

    霜 1 条回复 最后回复
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    霜染丹枫
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #9

    @xjwang 朋友你好,我也遇到了同样的问题,采用LES计算,时变的速度入口数据导入后,随着非稳态进行,脉动速度在向下游传递过程中很快减弱至消失,不知是否已经解决?

    李东岳李 X 2 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #10

    @霜染丹枫 计算域是完全的矩形么?

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

    霜 1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #11

    @霜染丹枫 yes i have solved this problem. Firstly, which method are you using to generate the inflow? Is this method sensitive to the grid sizes?

    Sorry for replying you in English because I don't have Chinese input in my desktop.

    霜 1 条回复 最后回复
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    霜染丹枫
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #12

    @李东岳 李老师好,计算域是完全的矩形,即三维槽道流。

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  • 霜 离线
    霜 离线
    霜染丹枫
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #13

    @xjwang 感谢回复,我的湍流入口方法也是采用DSRFG方法(Huang et al,2010),速度入口边界,也是把脉动速度场定义在入口边界面上了,计算过程中通过监测不同轴向截面速度的等值线图,发现在入口附近速度场有小幅值脉动,在远离入口处速度场的脉动几乎消失(感觉和你说的沿着顺风向,脉动功率谱密度减小的问题类似)。而理想的结果是否应该是由于入口扰动的持续作用,在下游能一直维持较强脉动的湍流场。不知您当时是如何解决的?

    X 1 条回复 最后回复
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    X 离线
    xjwang
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #14

    @霜染丹枫 换了台电脑回复你^-^
    能不能贴一下你不同位置的速度的紊流度以及功率谱的图片?
    还有一个问题是,比如你的计算域顺风向长度是15,你目标结构应该放在5-8左右,这样紊流度等衰减都不是很大。
    我之前犯的错是,入口的参数搞错了,紊流积分尺度这些设置错了。


    以下是在公众号下边的留言:
    抱歉在论坛上提问问题后没有及时更新后续。
    很惭愧,这个问题后来我发现是参数设置错了,生成风场的参数是按照缩尺的参数选取的,而DSRFG这个方法,本来是对网格尺寸不敏感的,但因为参数选错了,所以导致了在入口处引起了divergence-free问题。至于后续问的那个沿顺风向紊流度减小的问题,确实是会减小,不过不是太过于明显,因为我错误选取了参数,导致顺风向的衰减程度特别大。

    之所以会问在两个面定义成inlet,是因为看过一篇文章,Kim, Y., Castro, I. P., & Xie, Z. T. (2013). Divergence-free turbulence inflow conditions for large-eddy simulations with incompressible flow solvers. Computers & Fluids, 84, 56-68.

    看楼上有位同学或老师回复过这个问题,他用的CDRFG方法,这个方法是产生inhomogeneous的inflow的,所以在入口处不满足divergence-free,而且文章中感觉有一处错误(也许是我理解不够吧),所以就没有用这个方法。

    在入口处加尖劈或者粗糙元,我个人觉得不太好控制想要的风场参数(如紊流积分尺度等),而且由此导致的网格加密会增加计算负担,虽然DSRFG方法也是很耗费计算资源。

    霜 2 条回复 最后回复
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    霜染丹枫
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #15

    @xjwang 辛苦辛苦^ ^,这是计算得到的瞬时速度等值线图,可以看出脉动速度在下游是衰减的(因为一直通过瞬时速度波动情况来观察下游湍流情况,不知这样判断是否有问题?)。另外关于您提到的湍流积分尺度参数,是指huang文章中说的turbulence integral length scales Lu/Lv/Lw么?我在想我是否也是这个问题导致的?
    88e34fea-ea2d-4136-a70f-1a3d4b8b5acf-image.png

    1 条回复 最后回复
  • 霜 离线
    霜 离线
    霜染丹枫
    在 中回复了 xjwang 最后由 编辑
    #16

    @xjwang 同时,我在DSRFG方法中采用的参数都是根据自己计算工况进行的设置,比如x,y,z坐标数据、湍流积分尺度l等,这是否可以理解为您指出的“因为参数选错了,而引起了divergence-free问题”?之前一直在网格和时间步长设置方面找原因,没有考虑过本身生成的速度场是否问题。呜呜0.0!

    李东岳李 X 2 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #17

    @霜染丹枫

    完全的矩形,即三维槽道流

    我不太清楚你们讨论的DSRFG这个东西。但是这种很难在三维槽道流内单纯凭这壁面保持湍流。你有没有试过添加扰动。

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

    霜 X 3 条回复 最后回复
  • 霜 离线
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    霜染丹枫
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #18

    @李东岳 入口速度是在平均速度基础上加的扰动,这些扰动就是通过那个算法实现的,因此在每个时间步入口速度场的扰动时一直存在的。

    1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #19

    @李东岳 这个不仅仅是流槽了,算是风洞。虽然边界条件会有影响,但是不太影响计算域中的一些地方。

    1 条回复 最后回复
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    xjwang
    在 中回复了 霜染丹枫 最后由 编辑
    #20

    @霜染丹枫 “根据自己的工况” 这句话,如果你的参数是从风洞试验中或者其他数据库中得到的,那应该没啥问题。不过我觉得,你貌似没有把紊流积分尺度等参数设置正确,一个比较快速的检查:你的网格尺寸是多少,你的紊流积分尺度是多少?看你发的那个图片,貌似是遇到了我之前那样的问题,脉动部分急剧减少。我现在手边没有我计算的图片,不过我的计算结果的瞬时速度场在整个计算域都能表现出明显的湍流特征。

    霜 1 条回复 最后回复

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