DES边界条件



  • 有没有做DES的,我一点都不懂。DES模拟壁面k,omega之类的是不是也要用壁面函数? 我使用基于komega的DES,omega使用壁面函数就会运行不了,使用定值或者零梯度就能运行很好。使用定值是不是也行,会不会对结果影响很大?


  • 教授

    Hi,

    用不用壁面函数和是否使用DES无关,而是取决于你的y+。

    对于 $y^+ \sim 1$,推荐使用以下边界条件:

    $k_{wall} = 0$
    $\omega_{wall} = $ omegaWallFunction
    $\nu_t|_{wall} = 0$

    对于 $y^+ \gg 1$,推荐使用以下边界条件:

    $k_{wall}=$ kqRWallFunction
    $\omega_{wall}=$ omegaWallFunction
    $k_{wall}=$ nutUSpaldingWallFunction 或 nutUWallFunction ($y^+ > 30$)

    另外,omegaWallFunction 在 OpenFOAM-3.0.0 之前(没记错的话)是不能用在LESModel(包括DES)上的,因此如果想在 LESModel 中使用 omegaWallFunction 需要升级到 OpenFOAM-3.0.0 以上。


  • 教授

    以上边界条件是推荐给 SST $k-\omega$ 湍流模型的。



  • @wwzhao 好的,非常感谢您!我及时用SST的。 这里y+是指网格的吗?我的是接近1的。

    由于我用的是extend版本的of,所以没法升级到3.0以上,要能用omegaWallFunction要做什么改动呢?kqRWallFunction是能用在DES上的,同理的话,如何把omegaWallFunction也链接上?

    实在不行,我的omega壁面边界只能用fixedvalue了,那样会影响很大吧?


  • 教授

    @中国轰炸机飞机斯曼

    记错了,omegaWallFunction从OpenFOAM 从2.2.x版本开始支持LESModel,不支持的是OpenFOAM 2.1.x。

    kqRWallFunction比较简单,基本等同于zeroGradient。

    而omegaWallFunction则比较复杂。不支持LESModel的原因主要在于omegaWallFunction中已经写死了只使用RASModel。如果你要修改的话可以参考对比2.2.x和2.1.x中omegaWallFunction代码不一样的部分进行修改。



  • @wwzhao 你好,想请教一下omegaWallFunction。因为看书了解到,k-w方程是低雷诺数方程,本身不需要壁面函数,所以一直疑惑y+~1的时候,$w_{wall}$是否可以指定固定值、零梯度之类的边界条件?为什么要指定omegaWallFunction?我自己看一些资料,说是这个边界条件有点特殊,可以在粘性和对数层之间切换,那么假如边界层网格y+~1,是否指定这个条件跟指定固定值之类的条件是相似的?


  • 教授

    @aiweimo

    k-w方程是低雷诺数方程,本身不需要壁面函数

    严格来说,应该是 $k-\omega$ 方程可以一直算到 $y^+<1$,但是,$k-\omega$ 方程也可以结合壁函数来算$y^+>30$ 的网格。相比之下,标准$k-\varepsilon$模型的$\varepsilon$ 方程则只在log-law region之外才严格有效,不可直接用来算很小 $y^+$ 的网格。
    OF 里面的那些湍流壁面边界条件,有一点容易引起误解的是他所有的名字都带 wallFunction,而大部分人看到 wall function,想到的都是标准壁函数,也就是 log-law region的 $U^+=\frac{1}{\kappa}\ln(Ey^+)$ 以及层流底层的 $U^+=y^+$ 。 实际情况下原比这个复杂,因为很难保证整个region 都满足 $y^+ > 30$ 或者 $y^+<1$,所以,对于实际问题,湍流模型的壁面处理需要考虑如何处理$1<y^+<30$ 的区域。文献中有很多相关的研究,openfoam 的 omegaWallFunction 其实就是一种,里面构造了一个blending function 把适合 $y^+ > 30$和 $y^+<1$的 omega 公式blend一下,来让omega 在任意 $y^+$ 下都能算出来一个相对合理的值。
    所以,OF 里面那些 wallFunction 的边界,可以理解为定义多种不同的 wallTreatment 方式,具体怎么用,需要结合着实际情况来。2 楼提到的就是一种常见的用法。文献中壁面处理的方式太多太多了。。。

    至于 $\omega_{wall}$ 指定为零梯度或者固定值,这种做法不太合理。因为 $\omega$ 在壁面附近需要满足某种渐近特性(asymptotic),零梯度或者固定值都不满足这个条件,虽然可以可以算出来结果,但是不太符合物理。


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