DNS出口边界条件



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  • @东岳 谢谢!前一段时间一直在算空气在加热圆管流动的DNS,目前算了两秒多,还在算,残差保持稳定,但数量级有点高,p跟U稍低于0.01.平均壁温还没有达到光滑分布。我对于速度出口设成 advictive 不太有把握,这个边界的原定目的是想消除反射波。另外对于DNS收敛的监测角度,有什么比较有效的判据吗?谢谢。

    最近还在国家超算上用DNS算超临界CO2的圆管对流换热,热物性变化十分剧烈。后面看看情况。



  • 残差保持稳定,但数量级有点高,p跟U稍低于0.01.平均壁温还没有达到光滑分布。我对于速度出口设成 advictive 不太有把握,这个边界的原定目的是想消除反射波。

    什么反射波?



  • @东岳 这边放上相关的描述
    图片1.png
    图片2.png

    您觉得对于加热圆管流动的DNS来说,需要这种边界条件吗?OpenFOAM自带的有advective BC。



  • 这个图是求解双曲波方程的,你求解的方程有44这种形式的么?



  • @东岳 谢谢。
    这是一篇也做超临界二氧化碳DNS的论文的部分截图

    微信截图_20191111102922.png

    里面是建议用convective boundary condition。在OpenFOAM里面有自带的advective BC,植入的方程应该就是这个。
    我用湍流模型算的时候,如果用advective BC,残差会出现大幅震荡的情况,如果用inletoutlet就不会出现;在DNS里面用advective,现在残差倒是很平稳,但不知道有没有起到效果。



  • 如果方程30是速度3个速度分量的传输方程的话,看起来没有粘度和压力项?



  • @东岳 不清楚诶:mianmo: 这些是控制方程
    控制方程.png



  • @东岳 两篇:
    Direct Numerical Simulation of Heated Turbulent Pipe Flow at Supercritical Pressure ---Xu Chu,Eckart Laurien

    Direct numerical simulation of turbulent supercritical flows with heat transfer ---Joong Hun Bae, Jung Yul Yoo, and Haecheon Choi



  • 我看了第一篇文章,

    The outlet boundary condition for the velocity is the convective boundary condition from
    Orlanski [19], as seen in Eq. (5), where ϕ could be any scalar

    variable or the velocity vector and Uc is the convective velocity

    of the outflow

    Orlanski [19] 的方法是用于描述双曲方程的,我不觉得你之前的贴图有任何一个是双曲方程。你为什么要用advective边界条件?为什么不用zeroGradient?



  • @东岳 我看的DNS文章里面,都是用这个convective boundary作为速度出口,我的控制方程跟他们的一样。所以我就借鉴了。
    另外我对比了advective跟inletoutlet两种边界对结果有何影响,对比如图示:
    微信图片_20191124122234.jpg
    微信图片_20191124122226.jpg
    两张图的上面部分是inletlet,出现了很奇怪的现象。下面部分是advective,不太理解的是第一张图的下半部分,右端出口处有速度的突增,不知道怎么解释这种情况?谢谢。



  • 很明显N-S方程里面,并不存在标量传输,速度分量传输方程也不符合方程30。我没看到N-S系统里面有方程30的存在。在进一步讨论之前,我要看看文献里怎么讨论的这个方程。现在sci-hub挂掉了,上班时候我回复你

    替代文字



  • @东岳 好的谢谢!



  • Orlanski反射边界条件用于消除双曲系统的反射波,在Orlanski原始文章中也提及他提出的无反射边界条件适用于双曲系统,但Orlanski自己也说:

    A Sommerfeld radiation condition (2.2) is proposed for problems requiring a prescribed open boundary. The equations must be hyperbolic in nature (although the author believes that they may also be good for some elliptic and parabolic problems)

    但是很明显DNS方程不是双曲系统,但是很多DNS模拟的文章我确实看到了都在用无反射边界条件。这我有点搞不懂了。我找了一些sci,没有一个有一个合理的解释。大部分就是表明:本文用的这个无反射边界条件,然后把Orlanski的文章引上,没解释为什么。即使一些有解释,也说用于双曲系统,blahblahblah,但是很明显DNS不是双曲系统

    :zoule:

    只到我发现一篇。我看起来解释是合理的

    翻译过来(我的理解)就是:对于一般的比如RANS这种抹平湍流结构很严重的模型,扩散项主宰,方程类型偏向抛物,可以用零发现梯度。但是对于DNS这种,湍流结构很严重,对流很严重,偏向双曲,因此可以使用无反射边界条件

    至少这个解释是合理的

    In case of diffusion-dominant flows or flow scenarios where advection gets balanced by diffusion; a homogeneous Neumann condition in momentum serves as a reasonably accurate description of flow exiting the domain. However, applicability of this condition deteriorates with increasing Re as the regime progressively becomes advection-dominant and probability of the flow (nonphysically) reflecting inward from the boundary increases. Naturally, a need arises to establish nonreflecting exit boundary conditions for advection-dominant flows.

    https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/10407790.2019.1580952?needAccess=true

    https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/19942060.2016.1247296

    对于你的文章,如果你感兴趣,你可以专门对比一下这两个边界条件对你结果的影响,主要要看plot不能看云图,然后分析下结果,估计也就是半页纸。证明边界条件对你的结果没有影响。然后附加类似上面这一段话的描述。证明为什么你对NS方程(而不是双曲欧拉方程)施加了一个无反射边界条件

    另外,如果你能加上这句话更好:

    @Calf-Z-DNS would like to acknowledge the small, but active, CFD community in China (CFD-China) for the fruitful discussions of numerical settings employed in this work.

    当然这都是文献上的讨论,具体你用零发现梯度还是无反射,只能对比看你的算例哪个更使用



  • @东岳 非常感谢耐心的解答和分析!颇有启发!
    我有大致对比过advective跟inletoutlet的效果,如上面的图所示,不理解的是advective在出口处为何有个速度突增。但另一个边界条件的结果显得更为离谱,我简单plot了其壁面的速度分布,是疯狂地震荡。根据您以上的分析,advective似乎更合理。我如果有发表类似论文,乐意提及CFD-China对论文工作所做的贡献。



  • 我更新一个advective边界条件的解释,你看看。类似内容没看到有任何英文资料解释的这么详细,none of them is satisfactory。因此要是中文的。理论解释最好有数值验证,不过目前我没空做,谁感兴趣可以验证一下

    https://www.jianguoyun.com/p/DdvrhJMQ9s3ZBhjw7p4B

    捕获.JPG



  • @Calf-Z-DNS 你好有关于对流传热的问题想要咨询下你,就是对流出口边界条件的设置问题,是只对U使用的,还是全部都用呢?


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