算例比较upwind与linearUpwind对结果的影响

Samuel-Tu

模拟建筑物风场，使用了fluent和OpenFOAM，主要对比了对流格式的影响，发现OpenFOAM的upwind算的摩擦速度竟然比linearUpwind更接近论文结果。难以理解，希望大家给与看法。
需要说明的是参考论文采用了fluent计算,fluent，OpenFOAM湍流模型均为realizable k-$\epsilon$。

fluent计算

首先是使用fluent进行计算，由于fluent默认的动量方程的格式就是二阶迎风，只有湍流k和$\epsilon$采用了一阶迎风，因此对湍流k和$\epsilon$的格式进行变量控制

	k	$\epsilon$	梯度	动量
fluentCase1	一阶迎风	一阶迎风	最小二乘法	二阶迎风
fluentCase2	二阶迎风	二阶迎风	最小二乘法	二阶迎风

计算结果与论文比较见图1


图1 fluent与论文摩擦速度计算结果

可以看出，湍流k和$\epsilon$使用二阶迎风格式后，与论文更加接近，可以认为使用二阶迎风格式后，计算更加准确。

OpenFOAM计算

由于通过fluent计算发现，湍流k和$\epsilon$采用二阶迎风格式后，计算能更加准确，因此OpenFOAM计算中，对流的k和$\epsilon$项均采用二阶迎风，变量控制为网格和速度的对流项格式：

	div(phi,U)	k和$\epsilon$	grad	laplace	solver
OFCase1(最小网格尺寸与fluent一样）	Gauss upwind	Gauss linearUpwind default	Gauss linear	Gauss linear corrected	SIMPLE+非正交修正1次
OFCase2(网格与OFCase1相同）	Gauss linearUpwind grad(U)	Gauss linearUpwind default	Gauss linear	Gauss linear corrected	SIMPLE+非正交修正1次
OFFinerCase1(最小网格尺寸比OFCase1精细）	Gauss upwind	Gauss linearUpwind default	Gauss linear	Gauss linear corrected	SIMPLE+非正交修正2次
OFFinerCase2(网格与OFFinerCase1相同）	Gauss linearUpwind grad(U)	Gauss linearUpwind default	Gauss linear	Gauss linear corrected	SIMPLE+非正交修正2次

计算结果与论文比较见图2


图2 OpenFOAM与论文摩擦速度计算结果

由图2可以看出：
1.网格加密和非正交修正对结果影响已经不大，影响结果的是div(phi,U)的格式
2. Gauss upwind 比 Gauss linearUpwind grad(U)的摩擦速度计算结果更接近论文

最优结果综合


图3 最优结果综合

结论

fluent中尽量采用二阶格式，由于动量已经采用了二阶迎风，湍流默认的一阶迎风，应改为二阶迎风使用
OpenFOAM中div(phi,U)项使用Gauss upwind结果比Gauss linearUpwind grad(U)更接近论文，不知原因，希望大家指教
fluent和OpenFOAM计算结果有差异，但差距不大。由于论文本身采用的是fluent计算，因此使用fluent验证的结果与论文更接近。

李东岳

最小网格尺寸与fluent一样

OpenFOAM与FLuent为什么不采用同样的网格？

Samuel-Tu

@东岳是一样的网格，只是fluent是2D的网格，OpenFOAM网格是3D，但是使用二维计算的。OF网格完全是由fluent网格沿着z轴拉伸得到的。因此可以说fluent网格与OF网格其实是一样的。。

李东岳

@Samuel-Tu https://www.cfd-china.com/topic/3259 这个帖子里面2D与3D有完全不同的结果

Samuel-Tu

@东岳论文也是用的fluent 2D算的，因此我在OF中也是用的二维计算。入口的边界设置的速度，k和$\epsilon$的剖面也是一致的。

波流力

@Samuel-Tu OpenFOAM中div(phi,U)项采用 linear的精度要比linearUpwind高，你用linear格式算一个看看结果

Samuel-Tu

@波流力好的。

Samuel-Tu

@东岳能再编辑这个帖子吗。我还想补充一下壁面条件的设置。。我都是加了低雷诺修正的。。

Samuel-Tu

二阶迎风反而比一阶迎风差的特别远，不知道为什么会这样。。。

Samuel-Tu

补充OF div(phi,U)项采用 linear计算结果，OFFinerCase3

差距还是挺大的，感觉还是upwind最接近论文

波流力

你库朗数多少？

波流力

@Samuel-Tu 保持小于0.5试试

Samuel-Tu

@波流力 simpleFoam不用库朗数，这是稳态计算

Samuel-Tu

我现在不知道是不是我k和$\epsilon$的初始场设置的原因。内部初始场我是用的相应剖面的平均值。

李东岳

@Samuel-Tu 在算例比较upwind与linearUpwind对结果的影响中说：

OpenFOAM网格是3D，

因此我在OF中也是用的二维计算。

是如何用3D网格进行的二维计算？

Samuel-Tu

@东岳 y方向是不计算的方向，因此y方向只画了一层网格(fluent二维网格必须是x-y方向的，因此在hyperMesh中把fluent网格先绕x轴旋转90度，变为x-z方向，再沿着y方向推出一层网格，就变为三维网格了），然后再把平行于x-z平面的两个面设置为empty。

Hope

你是否比较Upwind格式下的残差曲线和linearUpwind 格式的差别呢？这两方法在OpenFOAM中的收敛性是不一样的。或者设置Porbes探针观察下数据采样点最后的波动情况。我觉的是收敛性影响的。有复杂地形或者建筑群的边界层计算时，OpenFOAM高阶阶方案的收敛性并不好，会影响计算精度@李东岳