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  3. 周期性边界明渠的两点相关性分析Ruu、Rvv、Rww如何计算?

周期性边界明渠的两点相关性分析Ruu、Rvv、Rww如何计算?

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7 帖子 3 发布者 944 浏览
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  • liuxinL 离线
    liuxinL 离线
    liuxin
    写于 最后由 编辑
    #1

    想要运用cyclic边界条件进行明渠数值模拟通常有条件,例如Kim等建议计算域尺寸应当大于6h×h×4h,反映过来即为两点相关性分析满足条件5aa2bd38-bede-41b3-8b6b-3a6a96853124-image.png
    ea704034-782f-4e2b-ab96-b55ee485c461-image.png
    通过两点性分析可以观察到,随着两点的间距增大,相关性系数逐渐减小,最终趋于0,可说明计算域在流向和展向上足够大,即计算域足够大,满足周期性边界得使用条件。Ruu、Rvv、Rww该如何求得呢?

    1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    写于 最后由 编辑
    #2

    取一个或多个平行于壁面的面(Kim的图也是不同高度的,y^+=5.39和149.23),使用surfaces工具输出这个面上的速度,然后每个面计算速度的展向、流向空间相关函数就行了。
    可以直接计算二维的相关。
    也可以固定z坐标,一条线一条线地计算流向的相关函数,再做个平均。

    liuxinL 1 条回复 最后回复
  • liuxinL 离线
    liuxinL 离线
    liuxin
    在 中回复了 学流体的小明 最后由 编辑
    #3

    @学流体的小明 在 周期性边界明渠的两点相关性分析Ruu、Rvv、Rww如何计算? 中说:

    取一个或多个平行于壁面的面(Kim的图也是不同高度的,y^+=5.39和149.23),使用surfaces工具输出这个面上的速度,然后每个面计算速度的展向、流向空间相关函数就行了。
    可以直接计算二维的相关。
    也可以固定z坐标,一条线一条线地计算流向的相关函数,再做个平均。

    明白了,谢谢大佬

    1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    写于 最后由 编辑
    #4

    @liuxin 借这个楼再问一些相关的问题
    相关性的定义,我看到两种。第一种是某个时刻的相关,第二种是在第一种的基础上,在时间上也进行了平均。
    第一种定义见Pope, S. B. 2000 Turbulent Flows.
    ac6738be-6674-4961-b790-c3ac25d44735-image.png
    第二种定义我在这个报告中找到 https://www.researchgate.net/publication/304943166_Large-Eddy_Simulation_of_Turbulent_Channel_Flow 。可以看到时间 t 在平均之后消失,而且作者在前面也定义了此方括号包含了时间上的平均。
    c25345db-3bb1-4fcc-80b7-f6d3939b521e-image.png


    应该用哪一种互相关函数来证明计算域足够大呢?
    Pope书中没有具体的DNS计算设置。
    LES报告中的公式以及结果,看起来也都是第二种定义。
    这两种定义的结果,画出来确实不太一样。我用$y^+=10$这个平面上的速度脉动来做互相关分析。
    9fb77660-ef34-49f6-9402-9f29babf09d1-image.png
    上图:某个时刻$t_0$的两点速度脉动的相关函数。可以看到它的起伏还是比较明显的,特别是在展向$z$方向,由于湍流的条带确实存在,随着间距$\zeta$的增大,相关函数是会在0的上下波动。

    9916071f-48c4-4812-b327-e1ac264e8889-image.png
    上图:某一段时间平均之后的两点速度脉动的相关函数。起伏消失,整个相关性曲线很平滑。


    目前看起来,Kim, J., Moin, P. & Moser, R. 1987 Turbulence statistics in fully developed channel flow at low Reynolds number. J. Fluid Mech. 177, 133-166.的结果是时间平均之后的两点相关,他们的标识里面也没带时间。
    另外想问一下第一张图是那一片文章,有提到过是时间平均的还是某个时刻的吗?

    请大佬们指点🙏

    C 1 条回复 最后回复
  • C 离线
    C 离线
    coolhhh 神
    在 中回复了 学流体的小明 最后由 编辑
    #5

    @学流体的小明

    1. 这两个图分别对应 方法1 和 方法2 的计算结果吗,还是不同方向的结果?

    9916071f-48c4-4812-b327-e1ac264e8889-image.png

    1. 对于方法1 ,这个写法是系综平均求相关函数,最后还要归一化得到相关系数。如果时间非平稳和空间非均匀,理论上统计量跟选择的参考点位置x和时间t都相关。但槽道流的在展向和顺流向是均匀+时间平稳的,所以最后的统计特性都与参考位置参考点位置x和时间t都无关,所以可以用空间和时间一起平均得到最终统计量,of自带的postChannel工具就是这么做的。

    c73bb488-d039-4ecd-a36b-9ecadb3332d3-image.png

    1. 计算空间相关函数有2种方法:
      (1)方法1,根据《Shin K, Hammond J. Fundamentals of signal processing for sound and vibration engineers[M]. England: John Wiley & Sons, 2008.》,已知在固定点位置,一条时间序列 u(x=x0, y=y0, z=z0, t),针对这条时间序列求时间相关函数公式如下截图,在MATLAB中对应函数是 xcorr 。这种方法要求序列足够长,并且点数足够多,才能算的准确。
      487cf8cd-43a4-41eb-9c6b-b0890f440d46-image.png

    类似的,在某一固定时刻,沿着空间展向z的一条空间序列 u(x=x0, y=y0, z, t=t0),也一样可以用xcorr 求空间相关函数,计算结果要准确,就要求这条序列的展向宽度要足够大,且点数足够多,否则计算结果就会偏差大。 如果计算域纵向足够长,把每条展向空间相关函数做空间平均,得到的结果应该也会比较准确。想要更准确就要加上每个时刻的平均,就要输出每个时刻的数据,计算量太大了,用空间平均了,其实时间平均应该就不用了,结果差别不会太大。

    (2)方法2,跟下面公式一样,计算两个序列的相关系数,对应MATLAB函数corrcoef。已知展向上空间多个点A(x0, y0, zA, t)、B(x0, y0, zB, t)、C(x0, y0, zC, t)的时间序列,就可以假设选定A为参考点,依次计算出 AB、AC的相关系数,然后就可以把连成展向空间相关系数曲线。这种方法就要设置展向监测点,测量出每个点的时程数据,相对来说时程数据比空间数据(受限于计算域大小)更长,计算结果应该会比较准确。还可以设置多个不同x向位置的测点,再对计算的空间相关系数曲线平均,结果会更准确。

    C 学流体的小明学 2 条回复 最后回复
  • C 离线
    C 离线
    coolhhh 神
    在 中回复了 coolhhh 最后由 编辑
    #6

    @coolhhh
    #5 的方法2下面公式是指

    5e4e86ac-e768-4677-8bc7-8bd302409826-image.png

    1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 离线
    学流体的小明学 离线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 coolhhh 最后由 编辑
    #7

    感谢大佬回复@coolhhh

    这两个图分别对应 方法1 和 方法2 的计算结果吗,还是不同方向的结果?

    不同方向的结果。$\xi$是$x$方向的间距,$\zeta$是$z$方向的间距。上面我画的都是相关系数,也就是相关函数进行了归一化,所以在间距$\xi$或$\zeta$为0时,相关系数都为1。

    看起来对于槽道流这种展向和顺流向是均匀+时间平稳的流动是可以用时间平均之后的。问AI,AI也是这么说的。

    我的数据在时间上和空间上也比较多,$\phi(x,z,y=y_0,t)$每个计算网格的值都输出了,时间上也以很小的时间间隔输出了一段时间。无论是时间上的相关系数还是空间上的,计算起来都没什么难度。

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