rhoSimpleFoam 求解可压缩流动时一个奇怪的现象

[宝丁]

一直尝试用OF求解叶栅这类的跨音速内流流动，原先用rhoCentralFoam和sonicFoam一直不收敛，然后尝试利用rhoPimpleFoam 计算，本来不抱什么希望，但是计算竟然收敛的挺好，但是计算的结果并不理想，和Fluent 计算得到的结果相比，其叶片前缘的局部高速区域明显很弱，这是不太符合一般的气动规律。
原先认为是壁面yplus的影响，但是将yplus从（30,60）（标准壁面函数）调到了1（低雷诺数壁面函数），但是情况并没有太大改观。

感觉每走一步都会遇到很多困难，这应该是与我原先只是将OF 作为一个求解器使用的缘故吧。

[宝丁]

来流马赫数都是0.69

[东岳]

出数据图看看？这种云图看起来有时候并不太准。

[宝丁]

这是叶片表面等熵马赫数分布，可以明显看出叶片前缘那一块fluent和rhoPimpleFoam有很明显的差别

[东岳]

Fluent和OpenFOAM相符的时候，可以说明二者都对。
但是不相符的时候，很难说哪个更好，最好跟实验值比较
后面的趋势对的不错，可以发SCI了

[宝丁]

@东岳 这个离SCI还很遥远，应该是两个求解器之间的差别吧，实验和计算对起来也很麻烦，我再做两个算例

[东岳]

这个后来有什么进展么

[宝丁]

@东岳 利用NACA0012，算了一把外流，速度和压力分布都很合理；
但是对与我要算的叶栅而言，不论如何调节差分格式，更改网格，计算结果都不让人满意，现在怀疑是算法的差异

[Foamer24]

@宝丁 您好！有改过湍流模型吗？不同模型结果也是有差别的

[宝丁]

@Foamer24 用过层流、S_A和kOmegeSST，结果并没有本质的区别，前缘加速不明显，低速区域影响范围过大

[宝丁]

我把我的求解文件放到这里，大家有兴趣的可以帮忙瞧一下。
链接：https://pan.baidu.com/s/15zFl76UsfD_XyWwUYEdyGQ
提取码：o3ae

[宝丁]

最近将离散格式全部改为中心差分格式（原先全部是二阶迎风），计算的结果还比较让人满意，但是这个差分格式还是不太让人满意，并不稳定，对于这个算例最终可以收敛，收敛的结果如下图所示。但是只要换一个叶片马上又发散了，现在真的是很疑惑，前缘的这类现象究竟要怎么调，或者需要动求解器内部的结构了吗？

divSchemes
{
    default         none;

    div(phi,U)      Gauss limitedLinearV 1;//Gauss linearUpwind limited;
    div(phi,k)      Gauss limitedLinear 1；
    div(phi,omega)  Gauss limitedLinear 1；
    div(phi,e)       Gauss limitedLinear 1；
    div(phi,h)       Gauss limitedLinear 1；
    div(phi,K)      Gauss limitedLinear 1；
    div(phi,Ekp)     Gauss limitedLinear 1；
    div(phiv,p)     Gauss limitedLinear 1;//Gauss linearUpwind limited;
    div(phid,p)     Gauss limitedLinear 1;//Gauss linearUpwind limited;
    div((phi|interpolate(rho)),p) Gauss limitedLinear 1;//Gauss linearUpwind limited;
    div(((rho*nuEff)*dev2(T(grad(U)))))    Gauss linear;
}

[东岳]

我周末下载看看。

目前据我所知，你是对比OpenFOAM和Fluent的数据，同样都是模拟，为什么你更倾向让OpenFOAM的数据接近Fluent而不是反过来呢?

我觉得你最好跟实验比一下

[宝丁]

@东岳 首先非常感谢东岳老师
就我目前能找到的试验数据，Naca 65-810，fluent 计算和试验值相比较准一些（以下是该叶型计算值与试验值的对比），但是OpenFOAM 的计算结果在趋势上就差很多，所以个人倾向于fluent的计算结果。下面给出NACA65-810的计算网格以及fluent的计算结果与试验值的对比。
NACA65-810网格（y+~30-60） 链接：https://pan.baidu.com/s/1tZPl2NfspkOqjmoV4rSpvQ
提取码：jhg4

[宝丁]

最后一次自己顶一下这个帖子

最近尝试了很多，从差分格式到求解和算法控制，一直都没有得到合理的结果，应该是求解器本身的问题了。但是自己时间限制，马上研三了，再做下去心里实在没底，准备去用自己ANSYS 那一系列的软件做事情去了。

但是还是有些不甘心，毕竟了尝试了那么久。我的求解文件和一些网格都在上面，如果有人知道我的错误在哪里，请一定要告诉我，不论时间过去多久，我都愿意拿自己现在一个月的助研费作为酬劳（400，不多哈）。

最后还是感谢东岳老师一直以来的帮助。

[东岳]

@宝丁 我想起来了，周末的时候下载了你15楼这个文件，这个求解起来没问题啊？

[宝丁]

@东岳 计我这里计算一开始没什么问题，但是一段时间以后就会发散啊

[宝丁]

@东岳 是这样，求解格式如果全部都是二阶迎风求解确实很稳定，但是和试验或者Fluent相差很大，所以想着改成中心差分，但是中心差分格式不稳定，第一个叶栅可以收敛，换一下就发散了，异常诡异。

[东岳]

是说这个图么？实验值在哪里？

[宝丁]

@东岳 是15楼的图，原来的叶栅试验结果和计算结果对不上，后来就放弃了。

从文献找了NACA65-810的试验和计算结果（下图），发现fluent和试验对的非常好，但是rhoPimpleFoam在趋势上就差很多，计算结果就没有放在图上。

[东岳]

@宝丁

1. 你需要把OpenFOAM的数据、Fluent数据、实验数据放在一起看区别

2. 对不上的时候需要找原因。如何找对不上的原因需要从数据上分析，Cp对不上可能别的能对上。还需要看别的能不能对上，比如壁面剪切力，轴线湍流动能、进口速度等重要的变量。

我近期要备课OKS，只能在7月后期抽出时间给你debug。你这个要写SCI么？还是就放在硕士论文中？我觉得你的研究很系统，如果你做出来，我愿意赞助 http://www.cfd-china.com/topic/1716/cfd验证算例支持计划

[宝丁]

@东岳 嗯嗯 我这边会继续跟进的。

原先想着毕设做这个的，但是没想到卡在这里。现在因为毕业的压力，所以只能用Fluent或者CFX先往前做事情。

如果有新的进展，我也会发到这里跟您讨论的。

[东岳]

因为你这个算例非常有意思我比较感兴趣，把你电话留下我联系你我们电话讨论

电话用英文留防止百度 13 six 45 seven 908 eight eight

[宝丁]

@东岳 好的 好的

13 six 36 seven 12 seven three two

微信和手机号同号

[东岳]

@宝丁 不好意思早上才想起来，你今天晚上5点打给我吧

[宝丁]

@东岳 嗯嗯，好的

[东岳]

过去半年了... 估计都已经毕业了吧。。。

你觉得我这个结果看起来如何？我不太懂你们这个叶山关注的对象，你感兴趣的话我把算例文件发给你玩玩。用rhoSimpleFoam算的。

对了，这个结果应该捕获了你所说的

其叶片前缘的局部高速区域明显很弱，这是不太符合一般的气动规律。

但是我不太明白这个流体力学本质。能解释一下不？为什么叶片前缘存在局部高速？为什么这个东西前缘加速明显？

[宝丁]

这个算的感觉很好啊，东岳大神能不能把文件发到我邮箱，baoding@mail.nwpu.edu.cn

还没有毕业，准备写打毕业论文呢，就是换了一个题目而已

[宝丁]

@东岳 流体流至叶片前缘，受到阻滞而形成驻点，速度滞止，静压升高，因而会有一个顺压梯度；叶栅吸力面是一个凸曲面，流体流至叶栅前缘，存在一个局部压缩的现象，流体速度增加。在以上两者的共同作用下，叶栅前缘会出现局部高速。

叶栅流道是一个扩张型通道，起到减速增压的效果，因而整体而言速度会降低，同时静压升高，通道内会存在一个逆压梯度。在吸力面一侧，尤其是叶栅中后部，当流体惯性力不足以克服当地逆压梯度所产生的“阻力”时，会存在流动分离现象，在速度云图上就会出现一个低速区。

[东岳]

专业！待我消化消化..

https://www.jianguoyun.com/p/DUWWPtQQ9s3ZBhiHg7cC

[宝丁]

@东岳 等我写完大论文再好好整理一下

[paopaoai11]

@宝丁 叶珊前缘吸力面局部加速跟流动滞止没太大关系，因为前缘滞止点压力最大也不会超过气流总压，所以由顺压梯度造成的加速最大也不会超过主流速度。吸力面近前缘处局部加速主要是由该处流线曲率决定的，曲率越大，即曲率半径越小，则局部流速越大（没有分离的情况下），该处流动法线方向的动能梯度与当地动能成正比，与曲率半径成反比。另外，该过程伴随着流速增大，密度减小，是局部膨胀过程，不是局部压缩过程。

[宝丁]

@paopaoai11
非常感谢您指出我的一些错误，受教了。我再结合您的回答说一下我的理解哈。
第一点是前缘滞止所造成的顺压梯度只是一个流动加速的有利因素。
第二点是流体在前缘加速，动压升高，静压降低，确实是对应一个膨胀过程，说压缩确实不合适。
第三点是曲率对流动的影响，我当时的理解是受到前缘壁面的扰动，局部存在一个收缩的过程，也就对应曲率的影响。

[宝丁]

@paopaoai11
另外，关于前缘流动的压缩，这个是指的流体虚拟流道的面积被压缩，因而流体流速增加，压强降低，密度增大。

[宝丁]

@paopaoai11 另外，关于前缘流动的压缩，这个是指的流体虚拟流道的面积被压缩，因而流体流速增加，压强降低，密度减小，（比体积增大 ）

[我是河滩]

@paopaoai11 为什么曲率越大，流速越大？或者说为什么曲率越大，压力越小？

[paopaoai11]

@宝丁 我明白你的意思，你是把叶片表面和主流间假想了一个流道，然后来解释这种现象。但这是不正确的，这也是很多同学常犯的理解上的错误。下面我举一个例子来说明一下。
在均匀流场中放置一段曲线壁面，如下图所示，一种是ACB形式的上凸壁面，一种是ADB形式的下凹壁面，两者首尾端点位置相同，我们来考察在这两种情况下B点处的流动。试想一下，如果“假想流道”理论成立的话，由于B点位置一样，那么B点处速度应该相同才对，但事实上ACB所对应的B处的速度要远高于ADB所对应的B处的速度。所以，这种“假想流道”或“虚拟流道”理论是不对的。

[paopaoai11]

@我是河滩 给你提供一个思路来定量解释这个现象，
考察一个二维无粘流动，建立流场中一点流动法线方向的压力梯度表达式（可通过动量方程获得），对于不可压流体，带入静压等于总压减去动压的关系式，即可获得该点法线方向上的速度或者动能梯度，该点的速度即可通过积分获得；对可压流体，则需要带入热焓表达式，同样可以消去压力梯度项，得到速度或者动能梯度，然后积分。

[宝丁]

@paopaoai11
首先，目前咱们共同的观点在于吸力面近前缘处局部加速主要是由该处流线曲率决定的，而不同的观点在于曲率导致前缘加速现象的机理是什么。
我的观点在于曲率的存在使得来流虚拟流道被压缩，因而流动流速增加。这里对虚拟流道加以解释：壁面的存在使得流场中产生了相应的扰动，不同壁面所对应的扰动传播的距离是不同的，因此将壁面至扰动传播的边界称之为虚拟流道，其是变化的，而非一成不变的。目前这个观点的问题在于我还没有定量的去描述这个虚拟流道，但就流动细节，这又是客观存在的。
但是凹凸曲面的虚拟边界相同吗？用凹凸曲面举例只是对为什么前缘加速只在吸力面一侧显著的复述罢了。注意，这并不是说压力面一侧没有。
其次，我不同意你的这一观点：
叶栅前缘吸力面局部加速跟流动滞止没太大关系，因为前缘滞止点压力最大也不会超过气流总压，所以由顺压梯度造成的加速最大也不会超过主流速度。
这个观点暗含了一个条件：流场中静压处处小于进口静压，但是这并不现实。在本问题中，叶栅前缘的最小静压可是要比进口静压小很多，因而并不一定能保证顺压梯度造成的加速最大也不会超过主流速度。

此外，关于前缘加速的原因我想通过圆柱扰流的算例加以说明：
下图给出了圆柱扰流瞬态静压与速度云图，流体首先在圆柱前缘滞止，静压升高，而在尾迹区，分离涡的存在使得该处为一个低压区，因此在圆柱上下表面存在一个较大的静压梯度，气流加速。

综上所述，曲率的存在使得来流虚拟流道被压缩，流体流速增加，其动力来源是静压差。

[宝丁]

@宝丁 P*=115600

[东岳]

大佬们讨论的太精彩了，邀请发表在Journal of Fluid Mechanics: CFD-China issue

[宝丁]

@东岳 只求毕业啊，不说了，要去写论文了，现在在等一波计算结果出来，只求是最后一波了

[羽之下]

@东岳 查看了东岳老师贴出的case，关于“transonic no;”的设置有一些疑问，transonic的设置是否跟速度场超过340m/s有直接关系？结果显示速度场已经超过了340m/s，为何设置“transonic no;”。还有就是像“transonic”和“consistent”等选项的设置，如何查看其默认设置是否开启。

[东岳]

transonic主要看你的压力是否具有非常强的传输性，高超那面肯定是了，近音速这面transonic收敛性不是特别好，我就没开