LES定义入口速度的问题(DSRFG方法)
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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)?具体就像这样,定义两个入口边界。不知道能否实现?
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@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。
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@xjwang 感谢回复,我的计算域如图所示,几何尺寸:X=1.2m、Y=0.2m、Z=0.4m。展向和轴向为均匀网格。空气沿x轴正向进入,平均速度是1.2m/s。入口采用速度入口边界条件,出口为压力出口边界条件,展向是周期性边界条件(即Z方向),上部和底部为壁面,采用无滑移边界条件。三个方向网格节点:64X64X128,垂直壁面方向采用非均匀网格,首层网格高度△y=0.0001m,保证Yplus<1。目前程序中湍流积分尺度设置为Ls=0.014(大致估算的,目前看来是有问题的)。Huang文章说这个参数很重要,给了三种设置的方法,但是我一直没引起重视。。。。您这个参数是如何来设置的呢?谢谢!
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这里是几点个人的看法:
1、DSRFG方法文章中,需要区分三维能量波谱与一维频谱的概念,下图DSRFG文章中公式(32)个人感觉是不能画等号的,因为表达的是不同维度的谱。DSRFG理论推导是生成满足三维能量谱的风场,CDRFG理论推导是生成满足一维频谱的风场。具体可搜索知网《基于傅里叶合成法的大气边界层脉动风场大涡模拟》(2018)文章中有相关阐述。
(引用:Huang S H, Li Q S, Wu J R. A general inflow turbulence generator for large eddy simulation[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2010,98(10-11):600-617.)2、若采用von Karman频谱,von Karman频谱对频率的积分等于脉动动能,积分尺度Lu、Lv、Lw影响的是谱的峰值所对应的频率,对脉动动能的大小不产生影响。因此下面这个公式,利用了峰值频率的值来反推计算积分尺度。
(引用:庞加斌, 葛耀君, 陆烨. 大气边界层湍流积分尺度的分析方法[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2002,30(5):622-626.)3、入口处生成的是满足目标频谱的脉动风场,根据已经发表的文章计算结果(见下图),LES总是会对入口处的脉动风过滤,最后的谱的形状在高频处总会衰减。根据频谱对频率的积分等于脉动动能,高频段被过滤,对应的脉动动能也会减小。
(引用:胡晓兵, 杨易. 基于NSRFG方法的标准地貌风场大涡模拟研究[J]. 工程力学, 2020,37(09):112-122.)4、个人一直有个2疑问:
(1)入口处的风场严格满足了零散度要求,然后在LES是否就能无条件自保持?这个观点有无被证明了?
(2)积分尺度到底物理意义是什么?之前论文有个帖子有讨论过turbulence lenth scale 求助感谢各位大佬指点迷津
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- 个人感觉是能画等号的,当f=kU. CDRFG方法中,对于定义p和q的时候,直接代入了Su,Sv,Sw, 而且还说有个系数halved,但后来检察代码发现没有减半。还有一个就是CDRFG方法是用来生成inhomogeneous inflow的,虽然从原始的RFG(Smirnov)中说,这个方式在生成inhomogeneous inflow的时候也可以近似看做零散度,但从CDRFG方法那个计算k,p,q的过程来看,应该能造成divergence.个人感觉这个方法之所以很多人用,也许是因为他们把程序贴在了文章后边。不过这也只是我个人感觉,如果我有错误的地方,还请指出来!!!
- Lu,Lv,Lw虽然理论上来说不影响turbulence intensity,只是按你所说的那样,造成峰值的不同,但具体用到这个方法中,会有所影响。我们最近正完成了一篇论文讨论了这个情况,希望能快点见刊与大家分享。
- 这个问题比较常见,虽然理论上来说,LES是对“大”涡进行解析模拟,而“小涡”进行SGS模拟,但还是会对高频处那些本应该解析模拟的部分不能精确模拟。
4.严格说来,你看到的DSRFG方法并不是严格零散度,因为要考虑网格离散的影响。
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@xjwang 在 LES定义入口速度的问题(DSRFG方法) 中说:
@sunss
这个设置不是很难 你可以看一下这个视频 以及Eddylicious这个软件的document,他们里边也是用的这个边界条件
https://www.bilibili.com/video/BV1CV411C7Jr你说的这个视频和工具包,我之前都看了,没能找到解决方法。我简化一下问题,假设inlet面上只有四个点,分别是(1 1 0)(1 2 0)(2 1 0)(2 2 0),我要导入两个时间步的速度信息,也就是总共有八个速度的信息,那timeVaryingMappedFixedValue边界条件的point文件和U文件写成下面的形式行不行。
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@霜染丹枫 在 LES定义入口速度的问题(DSRFG方法) 中说:
@李东岳 如李老师所言:“像是这种速度波动越往后越少的,类似开始有湍流后来无湍流”。我有个疑惑,采用中心差分格式的扩散项可以将扰动向四周传递,迎风格式的对流项具有迁移性,即可以将扰动向下游传递。从上面来看,入口的扰动应该是可以持续向下游传递的。如果几何轴向长度非常长的话,在很远的下游是不是也会保持一定湍流状态?还是由于壁面摩擦力及流体粘性对扰动有削减作用,在下游一直衰减甚至脉动全无,就是这种入口给定方法本身就会出现的现象呢?
湍流减少的现象应该是湍流生成方法不满足无散度条件,而像满足无散度条件ATSM-L这种方法下游湍流强度不仅不会减少,还会稍微增强。推荐你们去了解一下万嘉伟开发的一款湍流入口生成工具。https://nheri-simcenter.github.io/TinF-Documentation/examples/examples.html
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@sunss
文件格式应该是:
points:
.......................................................
(
(1 1 0)
(0 1 0)
(1 0 0)
(0 0 0)
)
...........................................................
U:
..........................................................
(
(三维速度向量)
(三维速度向量)
(三维速度向量)
(三维速度向量)
)
.....................................................
所以你的设置有两个问题,一个是标出了4或者8这种数量,这个需要删掉,一个是需要把速度分别存储在对应的文件夹下边,不能在一个文件中。还有那些openfoam的星号可以删掉哈哈 -
@xjwang 在 LES定义入口速度的问题(DSRFG方法) 中说:
@sunss
文件格式应该是:
points:
.......................................................
(
(1 1 0)
(0 1 0)
(1 0 0)
(0 0 0)
)
...........................................................
U:
..........................................................
(
(三维速度向量)
(三维速度向量)
(三维速度向量)
(三维速度向量)
)
.....................................................
所以你的设置有两个问题,一个是标出了4或者8这种数量,这个需要删掉,一个是需要把速度分别存储在对应的文件夹下边,不能在一个文件中。还有那些openfoam的星号可以删掉哈哈多谢!已经成功导入风速数据。