q-DNS计算槽道流遇到了一些问题,求大神们指点



  • 我想用q-DNS模拟一个Re_tau=180的槽道湍流,网格与这篇链接文本文献中基本相同。

    0_1546246841602_网格.PNG

    我更改了一下icoFoam的计算公式,代码包:0_1546247060398_pGradIcoFoam.zip

    具体改法如下:

    1. createFields.H中,添加一个pGrad场,量纲与压力梯度相同,大小直接给出:
    volVectorField pGrad
    (
        IOobject
        (
            "pGrad",
            runTime.timeName(),
            mesh,
            IOobject::NO_READ,
                  //MUST_READ,
            IOobject::AUTO_WRITE
        ),
        mesh,
        dimensionedVector("pGrad",dimensionSet(0, 1, -2, 0, 0),vector(-1,0,0))
    );
    
    1. 动量预测方程中把pGrad项加入到方程右边,与压力梯度项并列
            {
                solve(UEqn == -fvc::grad(p)-pGrad);
            }
    
    1. 压力泊松方程中也加入pGrad项带来的影响

               fvScalarMatrix pEqn
               (
                   fvm::laplacian(rAU, p) + fvc::div(rAU\*pGrad) == fvc::div(phiHbyA)
               );
      
    2. 还有最后一步的速度修正:

    U = HbyA - rAU\*fvc::grad(p)- rAU\*pGrad;
    
    1. 另外,还有按照苏老师博客里的方法,把icoFoam改为可以变时间步长的求解器
    2. 加入计算并输出平均速度的代码:
            scalar magUbarAve = 0.0;
            scalar V = 0.0;
            const scalarField& cv = mesh.V();
            vector flowDir_ = vector(1,0,0);
            for(label celli=0; celli < mesh.C().size() ; celli++)
            {
                scalar volCell = cv[celli];
                V += volCell;
                magUbarAve += (flowDir_ & U[celli])*volCell;
            }
    
            reduce(magUbarAve, sumOp<scalar>());
            reduce(V, sumOp<scalar>());
    
            magUbarAve /= V;
            Info << "Ubar = " << magUbarAve  << endl;
    

    计算算例:

    0_1546249122420_channel180.zip

    计算初始场用perturbU工具进行打乱,然后计算一些时间步获得完全发展的湍流场

    我现在遇到的问题是,计算一段时间后,发现靠近边界层的速度算得还比较准,但是槽道中部远离边界层的地方出现奇怪的脉动

    1_1546249268896_dns_U1.PNG

    0_1546249268896_dns_U.PNG

    放大可看到这个脉动大概以三个cells为一个周期。
    最奇怪的是平均速度型竟然上下不对称

    已做时间足够长的平均

    0_1546249432814_dns_UMean.PNG

    我的改动中应该没有会引起这种不对称的地方?

    壁面律图像和雷诺应力图像也同样,壁面处算得还好,中间算不好

    1_1546249608153_dns_uu.PNG 0_1546249608153_dns_UMean1.PNG

    似乎可能是中间网格不够密的原因?但是我使用的网格应该和那篇参考文献中相同啊,他也用的是openFoam做的q-DNS,但他得到的结果就很好,所以我现在不知道错在什么地方。
    我修改后的求解器、算例的基本设定都已上传,希望各位老师能帮忙指点一下,不胜感激!


  • CORE 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    你的平均速度代码看起来不正确。

    不过现在你不需要做求解器了,你尝试用pisoFoam层流求解,然后再fvOptions中添加

    momentumSource
    {
        type            meanVelocityForce;
        active          yes;
     
        meanVelocityForceCoeffs
        {
            selectionMode   all;
     
            fields          (U);
            Ubar            (0.1 0 0);//平均速度
            relaxation      1.0;
        }
    }
    

    BTW,看起来这篇JCP文章不错,CFD界推一下



  • @东岳 谢谢东岳老师
    这个meanVelocityForce的源项我用过,但是和我想要的不太一样,meanVelocityForce也是通过添加一个压力梯度来控制平均速度的,但它给添加的压力梯度项是随时间步不断计算调整的,我想添加一个简单的常数的压力梯度。不过我确实可以通过修改meanVelocityForce来达到这个目的,今后我会试一下这个。
    另外,我那个平均速度的代码就是从meanVelocityForce中copy过来的,稍微改了一下下让他能在求解器中运行,现在来看运行的还可以。而且这个平均速度只是为了在log中输出一个当前流场的平均速度,方便我检测求解状况,不会影响迭代求解的,所以还是不太清楚结果中的问题出在了哪里。ORZ


  • CORE 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    我想用q-DNS模拟一个Re_tau=180的槽道湍流,网格与这篇链接文本文献中基本相同。

    如果你要实现这个q-DNS模拟槽道湍流,我觉得你可以试试meanVelocityForce,之前我也是用你这种植入代码的方式计算,后来发现meanVelocityForce更简单并且两者效果相同。

    这个平均速度只是为了在log中输出一个当前流场的平均速度

    我当时植入的代码平均速度是给定的,因为你完全可以不植入任何代码直接用icoFoam做直接模拟,但是速度回往下掉, 因此给定一个固定的平均速度。如果你只是为了输出,那应该没问题吧 :papa:



  • @东岳 嗯嗯,我都会尝试一下



  • @东岳 破案了……
    出现错误的原因在于离散格式,当时我看到dnsFoam的那个算例里使用了

    div(phi,U)      Gauss cubic;
    

    这个离散格式,一查还是个高阶格式,就直接拿来在我的算例里用了。现在改回Gauss linear格式,算得很好:
    替代文字
    替代文字
    替代文字
    基本到达了文献中的效果
    我翻了一下中文版指南,发现这个cubic格式被描述为dnsFoam专用的
    替代文字
    替代文字
    里面的详细原理还不太清楚,我现在对离散格式的选用还理解不深,感觉还是玄学般的东西,哈哈ORZ:chigua:


  • CORE 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    这个meanVelocityForce的源项我用过,但是和我想要的不太一样,meanVelocityForce也是通过添加一个压力梯度来控制平均速度的,但它给添加的压力梯度项是随时间步不断计算调整的,我想添加一个简单的常数的压力梯度。

    你的求解器没有设定平均速度?你的算法是这样的?:

    1. 动量预测方程中把pGrad项加入到方程右边,与压力梯度项并列
    2. 压力泊松方程中也加入pGrad项带来的影响
    3. 考虑pGrad的速度修正


  • @东岳 是的,求解本身没有用到平均速度 ,也没有规定平均速度,给它一个压力梯度(实际相当于增加了一个体积力),让摩擦力自己跟压力梯度平衡去,平均速度会在某个值附近上下波动。


  • CORE 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    我试试你这种方法