LES直流槽道边界层模拟，如何得到正则化速度u+以及正则化坐标y+？

[学流体的小明]

以OpenFOAM自带的channel395算例为例，我这里有4种计算$u_{\tau }$的方法。

方法一：

$$u_{\tau }={\mathrm{R}\mathrm{e}}_{\tau }\nu /h=395\ast 2e-5/1$$

得$u_{\tau }=0.0079000$。

方法二：
过计算出来的速度-高度曲线，实际地进行计算。

$$u_{\tau }=\sqrt{\nu {\frac{du}{dy}|}_{y=0}}=\sqrt{\nu \frac{u_1}{y_1}}$$

其中$u_1$和$y_1$分别是第一个输出点的流向速度和到壁面距离。
得到$u_{\tau }=0.0069133$。

方法三：
通过paraview的filter - integrate variables - 查看 cellData，得到wallShearStress的和以及面积Area，计算固壁面上的wallShearStress平均值，再使用

$$u_{\tau }=\sqrt{\frac{{\tau }_w}{\rho }}$$

计算摩擦速度$u_{\tau }$。注意不可压缩求解器中没有密度，则认为$\rho =1$。
结果是$u_{\tau }=0.0066952$。

方法四：
在完全发展的槽道流中

$$\frac{\mathrm{\partial }p}{\mathrm{\partial }x}\times h={\tau }_w$$

也就是 压力梯度 乘以 槽道半高 等于 壁面摩擦应力。给定平均速度的情况下，OpenFOAM会调节压力梯度使得平均速度达到设定值。在channel395的算例中到计算快结束时候，选择了某一时刻的压力梯度$\frac{\mathrm{\partial }p}{\mathrm{\partial }x}=4.44604e-05$。代入计算，
得到$u_{\tau }=0.0066678$。

---

你看这种方式计算出来的$u_{\tau }$跟你的区别大么

可以看到方法一是一种结果，方法二、三、四的结果很接近。
现在的问题就是实际计算出来的摩擦速度和由${\mathrm{R}\mathrm{e}}_{\tau }$给出的摩擦速度不一样，但方法一的结果才是正确的。

自带的channel395也对不上么？

channel395算例的结果
方法一的摩擦速度归一化结果是

方法二（方法三和四也是这样子的图）摩擦速度归一化结果是

channel1000的结果在一楼。
现在感觉是槽道流动还是没算对。

[李东岳]

234方法都应该趋向于1. 有可能自带的channel395网格需要调整，现在yplus是多少？fvScheme格式我看也可以改成liner格式。目前不确定影响多大。debug一次太费时间。

[学流体的小明]

channel395的平均yPlus是1.5910。channel1000的平均yPlus是0.8471。
channel395的fvScheme格式是下面这个，channel1000也没改fvScheme。

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    location    "system";
    object      fvSchemes;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

ddtSchemes
{
    default         backward;
}

gradSchemes
{
    default         Gauss linear;
}

divSchemes
{
    default         none;
    div(phi,U)      Gauss linear;
    div(phi,k)      Gauss limitedLinear 1;
    div(phi,B)      Gauss limitedLinear 1;
    div(B)          Gauss linear;
    div(phi,nuTilda) Gauss limitedLinear 1;
    div((nuEff*dev2(T(grad(U))))) Gauss linear;
}

laplacianSchemes
{
    default         Gauss linear corrected;
}

interpolationSchemes
{
    default         linear;
}

snGradSchemes
{
    default         corrected;
}

wallDist
{
    method meshWave;
}

[学流体的小明]

这个一维的算例也不能用LES，我试了一下，算出来的${\tau }_w=5.41451763e-05$，和正确值0.00041199426差远了。
LES还得调三维算例。

[李东岳]

是的，LES就得算三维的，然后还需要时间平均，这一算起来debug起来就需要时间了。网格这个问题，我看EugeneDeVilliers说没问题。应该不是网格的事。channel395是EugeneDeVilliers做的。这个是他的博士论文。

https://www.jianguoyun.com/p/DT7jUyMQ9s3ZBhip1uYDIAA

[学流体的小明]

对，我最开始做槽道流算例的时候，用的他的初始化流场的方法，不然一直算的都是层流。不过chanel1000的这个不用特地初始化也可以。
下面这个是我的channel1000的算例，LES，就是在channel395的基础上改的，OpenFOAM版本是v2012。Allrun脚本可以直接运行，画图用matlab文件夹里面的boundary_layer_profile_2.m就行，改一下要画哪个时刻的就行。
各位老师同学有兴趣可以算一算，看看是哪里出问题了。帮帮我吧🙏
https://jbox.sjtu.edu.cn/l/L1Asg4 (提取码：1234)

[学流体的小明]

找到一个帖子，对channel395分析很多
https://www.cfd-online.com/Forums/openfoam-solving/155534-les-channel-flow-data-case-files-technical-report.html
我下载了他的数据，他是三套网格，我都用方法二画了速度分布图，M1的结果和我画出来的问题类似，M2和M3就都比较好了。
为什么$u_{\tau }$算不对？结论：还是网格不够细。

[李东岳]

结论：还是网格不够细。

还是要深入研究下。我看默认的算例6万网格，EugeneDeVilliers博士论文里面说6万网格没有问题也有数据。

不过，如果确定6万网格数据不对的话。可以找openfoam提bug让他们处理，这属于他们的bug了。

[李东岳]

Re_tau1000的k、epsilon这两个场的数据你有不，或者雷诺应力的

[coolhhh]

@学流体的小明 你好，这个下载链接需要校内VPN，外校无法下载，想问下能提供个外校人员可下载链接吗？

对，我最开始做槽道流算例的时候，用的他的初始化流场的方法，不然一直算的都是层流。不过chanel1000的这个不用特地初始化也可以。
下面这个是我的channel1000的算例，LES，就是在channel395的基础上改的，OpenFOAM版本是v2012。Allrun脚本可以直接运行，画图用matlab文件夹里面的boundary_layer_profile_2.m就行，改一下要画哪个时刻的就行。
各位老师同学有兴趣可以算一算，看看是哪里出问题了。帮帮我吧🙏
https://jbox.sjtu.edu.cn/l/L1Asg4 (提取码：1234)

[学流体的小明]

找到一个数据库
http://turbulence.pha.jhu.edu/Channel_Flow.aspx

[学流体的小明]

@coolhhh 不好意思哈，以前也没怎么用过学校的网盘，不知道还需要VPN。放到百度网盘了。
这次画的网格更细了，应该会有一个比较好的结果，我也正在算。

链接：https://pan.baidu.com/s/1C89EfgcZAxFhADNkMEqSNA?pwd=tzkd
提取码：tzkd

[学流体的小明]

@coolhhh @李东岳
昨天仔细读了一下下面的这个文章，作者对OpenFOAM计算LES槽道进行了比较系统的分析。我发现他的图也是，只有最细的那套网格才算出了非常好的速度剖面，比较粗的两套网格都没算好，形状也和我的问题一样。
这篇文章还是在https://www.cfd-china.com/topic/2121/q-dns计算槽道流遇到了一些问题-求大神们指点看到的。之前读过，但是没仔细读😂。然后就浪费了好多好多时间。
确实是网格不够细的问题。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021999117304059?via%3Dihub

[coolhhh]

@学流体的小明 收到，非常感谢

[李东岳]

Komen那个是的

但是我看EugeneDeVilliers博士论文那个用的6万网格计算的u+y+还可以（图5.5）

我觉得这个是很重要的内容，如果openfoam官方的算例，出现了网格分辨率不够导致的错误，这个bug必须应该处理

[hongjiewang]

@学流体的小明 先前我做过这个工作，用于大涡模拟入口的前置算例，我当时画u+--y+使用的你说的方法二得到的，效果还行

[hongjiewang]

@学流体的小明

对于此，我想请问，Um即平均速度如何给定，雷诺数的计算，假如我是在半宽通道中跑的，即下表面为wall，上表面为symmetry,此时，雷诺数公式里面应该把2h换成水力半径吗

[coolhhh]

@李东岳 在 LES直流槽道边界层模拟，如何得到正则化速度u+以及正则化坐标y+？ 中说：

Komen那个是的

但是我看EugeneDeVilliers博士论文那个用的6万网格计算的u+y+还可以（图5.5）

我觉得这个是很重要的内容，如果openfoam官方的算例，出现了网格分辨率不够导致的错误，这个bug必须应该处理

李老师，EugeneDeVilliers博士论文图5.5，图名写normalised by the DNS shear velocity，是否有可能正则化用的$U_{\tau }$不一样？

[学流体的小明]

@hongjiewang
Um是通过在动量方程中直接添加源项实现的，在v2012版本中是：

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
| =========                 |                                                 |
| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |
|  \\    /   O peration     | Version:  v2012                                 |
|   \\  /    A nd           | Website:  www.openfoam.com                      |
|    \\/     M anipulation  |                                                 |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    location    "constant";
    object      fvOptions;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

momentumSource
{
    type            meanVelocityForce;

    selectionMode   all;

    fields          (U);
    Ubar            (0.4 0 0);
}


// ************************************************************************* //

程序会自动调整压力梯度以达到Ubar的预设值。
之后我是打算用给定的动量方程源项，相当于给定$\mathrm{\partial }p/\mathrm{\partial }x$，通过vectorSemiImplicitSource实现。也是在fvOptions中调用。4800是随便给的，和上面0.4m/s的平均速度没有联系哈。$\mathrm{\partial }p/\mathrm{\partial }x$和${\tau }_w$的关系见方法四。
有一些参考：
http://xiaopingqiu.github.io/2016/03/20/fvOptions2/
https://caefn.com/openfoam/fvoptions-semiimplicitsource

momentumSource
{
   type vectorSemiImplicitSource;
   active on;
   

   vectorSemiImplicitSourceCoeffs
   {
      selectionMode all;
      volumeMode        specific; //absolute
      injectionRateSuSp
      {
         U           ( (4800 0 0) 0); //partial p / partial x
      }
   }
}

[学流体的小明]

那EugeneDeVilliers博士论文的结果也是很好的，你看我方法一算出来的$u_{\tau }$，也相当于DNS的结果吧，画出来之后粘性底层完全对不上。
而且就算真的有DNS结果，我画出来的曲线的形状，也无法和理论解对上。就关键是形状它就对不上。