interFoam水槽试验验证,明渠流速断面现象随网格增加异常变化问题
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各位大佬好,我遇到一件令我感到头疼和疑惑的问题。希望各位能帮忙看看模型是哪里可能存在的问题。
1、问题背景:我利用interFoam进行了一个水槽实验的模拟验证,物模水槽是1:30比尺,数模是按照原型尺寸进行建模。
2、网格划分:我是基于blockMesh+snappyHexMesh划分网格。由于要控制下游水位,所以进出口面分为空气和水两部分。
3、模型设置,模型整体长450m宽7.1m高28.9m(水槽),中间是类似倒虹吸一样的建筑结构。库朗数设置maxCo 5;maxAlphaCo 1;maxDeltaT 1。湍流模型选择RNGkepsilon(其他的Rans我也都试过,差别不大)总运行时间2000s并对最后500s时间进行场量的时均操作。
3、数物模结果:
经过模拟计算发现对于下游“上坡段-明渠段”的剖面流速分布始终无法很好的匹配上,流速误差大概在20%~30%,并且最为头疼的是我改变blockMesh中背景网格的数量,发现当网格数量增大时,流速误差反而增大了,并且下游明渠段的断面流速分布发生了变化,与物模匹配不上(见下图),误差范围比较为明渠水平段的两个断面(图中后两条分割线)中共10个流速测点数据。
明渠水平段两断面流速测点误差在-25%~49%,尤其是逆坡上来第一个断面,误差最为明显。
两断面流速的误差在-21%~37%
误差在-19%~26%流态接近
误差-12%~24%误差较小
误差-23%~24%,现象直接不对了。
我更改过离散格式以及fvsolution中的一些设置,但是效果不大。无法将这种现象很好的模拟,并且目前在特定的网格数下下游断面流速现象符合物模现象,但是当我网格数加密后现象又会发生变化。真的很让人头疼,问题可能出现在哪呢?下面是我的一些0文件
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@李东岳 老师这是之前在不同湍流模型下的结果:
值得注意的是,这些网格数是在97万网格数的结果,并且网格与最开始展现的模型存在一些差异,由以上不同湍流模型的流速断面图可知下游两个断面测点流速完全是跟物模相反的现象(物模顶部流速大,底部流速小,而这些都是底部流速大顶部流速小),后来经过调试发现当把水流进入逆坡段部分添加10层边界层网格(之前只加了1层)后,现象会有所好转,在低网格数下会出现与物模比较相似的现象(最开始的那几个模型结果),但是当网格数量增加后现象却与物模相差反而越来越大。
并且增加了边界层后,我对比过RNGke与komegaSST的流速结果,基本没什么差别。我也尝试更改添加边界层的设置(边界层尺寸是绝对尺寸或者相对尺寸),但是结果都没有得到很好的改善。 -
@李东岳 李东岳老师,当我采用流速出口时,当出口的流量大于进口流量时,出口的过流面积会变大,出口的流量也就变大了,所以能够保证当水位稳定时进出口的流量也稳定了,并且在后处理过程中我统计了不同断面的质量流量通量(流速出口和压力出口),发现是守恒的(各断面的流量误差在基本在2%以内)。但是下游的两个监测断面流速分布与物模对不上,物模试验测出来的是沿底面向重力反方向流速逐渐增大(每个断面中轴线共五个测点,第一个断面:从0.97m/s增长到1.61m/s,第二个断面:从1.02m/s增长到1.43m/s),但是数模计算出的结果最开始的时候时底部流速大顶部流速小,下图是之前数模逆坡后第一个监测断面的流速分布
,后来我在逆坡段添加了边界层后情况有所好转,相同位置断面流速分布
,但是这个模型的主要问题目前在于两点,1、虽然整体流速分布现象正确但是数值上误差还较大(物模是0.97m/s-1.61m/s,数模结果1.21m/s-1.43m/s),误差在20%左右。2、当前现象能够匹配物模的模型在当前网格数下误差较小,但是当我仅加密blockMesh背景网格时则断面流速分布则会变化(变为底部流速大,顶部流速小,1.48m/s至1.24m/s),各个测点的误差最大增加到52%)
还有一点令我困惑的现象,我目前所提到的模型背景网格都是严格沿着xyz轴方向的,背景网格示意图如下:这样构建的模型基本能够保证逆坡段的底部流速大,但是明渠水平段的流速分布不对
然后我尝试变更了背景网格的画法,让逆坡段的网格是倾斜的,示意图如下,这样构建的模型结果会有完全不一样的结果,速度云图如下
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@李东岳 感谢您的回复,正如您所讲,我这个是两相流,我为了判断进出口的流量是否守恒,我在controlDict的function里面添加了
“inletFlux { type surfaceFieldValue; libs (fieldFunctionObjects); writeControl runTime; writeInterval 1; log false; // Output field values as well writeFields false; regionType patch; name inlet; operation sum; fields ( rhoPhi ); } outletFlux { $inletFlux; name outlet; }”
内容以监测进出口断面的质量流量(主要排除空气的干扰,空气部分的质量流量与水的质量流量相比可以忽略不记),结果如下
,所以我判断整个水槽试验在进行到最后,系统流量是守恒,但是就是下游的流速分布现象不对。