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    关于湍流模型的选择

    OpenFOAM
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    24
    1993
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    • Y
      Yingdong 最后由 编辑

      各位老师,大家好
      如果实现一个静止颗粒在静止流体中自由沉降,速度由0增加至自由沉降速度,自由沉降速度对应的颗粒雷诺数为5000多,在这个过程中雷诺数逐渐增大,流动状态也由层流过渡为湍流。
      如果关注颗粒的加速过程,应该选用什么湍流模型呢?
      是充分发展的湍流模型: kOmegaSST
      还是转捩模型:kOmegaSSTLM
      还请老师们指点

      Y Z C 3 条回复 最后回复 回复 引用
      • Y
        Yingdong @Yingdong 最后由 编辑

        @李东岳 麻烦李老师指点:papa:

        1 条回复 最后回复 回复 引用
        • Z
          zhouxu @Yingdong 最后由 编辑

          @yingdong 湍流模型会直接影响颗粒吗?湍流模型是求解流体的,流体再进而影响颗粒。所以颗粒度饿加速过程和湍流模型的选择关系不大吧?

          Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
          • Y
            Yingdong @zhouxu 最后由 编辑

            @zhouxu颗粒周围的流体状态会影响颗粒的受力呀,会影响颗粒下落过程。

            1 条回复 最后回复 回复 引用
            • 李东岳
              李东岳 管理员 最后由 编辑

              欧拉拉格朗日么

              CFD高性能服务器 http://dyfluid.com/servers.html

              Y 2 条回复 最后回复 回复 引用
              • Y
                Yingdong @李东岳 最后由 编辑

                @李东岳 就是单颗粒使用动网格+重叠网格,颗粒的自由沉降过程

                1 条回复 最后回复 回复 引用
                • Y
                  Yingdong @李东岳 最后由 编辑

                  @李东岳 计划用overInterDyMFoam 求解器

                  1 条回复 最后回复 回复 引用
                  • C
                    cccrrryyy 教授 @Yingdong 最后由 编辑

                    @yingdong 感觉是个有意思的问题。你提到的湍流模型都有试过么,或者已经试过了但是都不理想?

                    I don't want to survive, I want to thrive.

                    Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
                    • Y
                      Yingdong @cccrrryyy 最后由 编辑

                      @cccrrryyy 老师好,我还没用湍流模型,使用层流模型计算过,最终沉降速度(对应颗粒雷诺数5000)大约有30%的误差.

                      1 条回复 最后回复 回复 引用
                      • 李东岳
                        李东岳 管理员 最后由 编辑

                        如果把颗粒要勾画出来,那壁面处的解析很重要了,确实要慎重考虑湍流模型以及壁面函数,这个会影响壁面剪切力,进一步影响速度。目前不确定你这个领域什么湍流模型比较好。你多试试,后续望反馈。

                        CFD高性能服务器 http://dyfluid.com/servers.html

                        1 条回复 最后回复 回复 引用
                        • Y
                          Yingdong 最后由 编辑

                          下图是Opanfoam中KOmegaSST湍流模型中一些常数的取值:
                          a0f891ce-531b-4189-a28a-6f69751f4821-图片.png
                          第二张图片是资料《The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics
                          An Advanced Introduction with OpenFOAM®and Matlab》-17.5.4章节(P705)中介绍该湍流模型的参数:
                          d42ab227-8a23-4b28-a90a-33b631f824d9-图片.png

                          为什么两组常数存在部分不对应:(红线所示)
                          ace8bc49-fc8c-4301-8d3a-de7496061e28-图片.png

                          还请各位老师解答,拜托拜托。
                          OF版本: OpenFOAM-V2106

                          袁宝强 1 条回复 最后回复 回复 引用
                          • 袁宝强
                            袁宝强 @Yingdong 最后由 编辑

                            @yingdong 遇“数”不决找原文,书和原文不一样,以期刊原文为主。:chitang: 。P.S.好多系数都是经(cou)验(chu)性(lai)的,有些系数可能需要自己根据实际情况调整。

                            Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
                            • Y
                              Yingdong @袁宝强 最后由 编辑

                              @袁宝强
                              961e9c4b-d3d0-40ca-9a5e-7769aec4d6a1-图片.png
                              haha~ 跟论文原文是可以对起来的~感谢!

                              1 条回复 最后回复 回复 引用
                              • Y
                                Yingdong 最后由 编辑

                                各位老师,最近我在看湍流模型相关的知识
                                有几个问题想要跟大家请教一下:
                                一:对于湍流模型都是处理湍流充分发展的流场,在OpenFOAM中k与Omega文件的初始条件与边界条件足以体现。
                                问题如下,对于静水沉降问题,达到稳定沉静速度对应的湍流,能否使用湍流模型?如若使用湍流模型初始场设定相关的k与Omega参数,与本质的物理问题相矛盾吧?
                                是不是只能采用DNS计算或者在OpenFOAM中不附加湍流的quasi-DNS计算。

                                二:在看湍流模型时,对流体绕流固定颗粒,采用湍流模型进行了一些尝试计算:
                                Laminar-瞬态-pimpleFoam
                                RANS-noWallFunction-KOmegaSST-simpleFoam
                                URANS-noWallFunction-KomegaSST-pimpleFoam

                                分别进行了上述计算且结果如下:

                                (1)其中湍流模型KOmegaSST:
                                1、确定湍流参数:Uinlet=1.08 (雷诺数Re=5715) 湍流强度FSTI=1%(low) Eddy viscosity ratio=1
                                2、初始文件参数-nearwalltreatment:
                                K:fixedValue 0 初始值:0.00017496
                                nut:nutLowReWallFunction
                                Omega: OmegaWallFunction
                                3、湍流参数初始化如下图:
                                7a64b0a1-d610-4a4f-92fe-45e0109cf75c-图片.png

                                (2)经计算:以上三个计算Y+均为2.5左右小于5,处于粘性底层。--关心壁面处的受力所以不采用壁面函数处理,使用LowRe壁面处理

                                (3)结果分析:
                                ① Laminar-瞬态-pimpleFoam:
                                速度云图如下:d8588444-2a51-4650-a6a7-0eb572871e59-图片.png
                                曳力系数如下:b1a601b2-6ab5-4f69-908d-abdcca3a5cc4-图片.png
                                ②RANS-noWallFunction-KOmegaSST-simpleFoam:
                                速度云图如下:e9f26982-d34e-4a89-b0d8-b8978eeaeb32-图片.png
                                曳力系数如下:fc9fed80-6247-4935-bff2-47d05adef23e-图片.png
                                ③URANS-noWallFunction-KOmegaSST-pimpleFoam:
                                速度云图如下:436f22e8-9e2e-4c3b-aa80-9a5dc18e9ce8-图片.png
                                曳力系数如下:a8e804a5-6605-4d85-9d9d-dcee36a79bbb-图片.png

                                可以看到使用RAS湍流模型之后,并没有体现涡的结构以及瞬态性,曳力系数并无周期波动。
                                问题如下:不使用湍流模型反而可以观察涡的结构以及波动;虽然RAS是进行了平均处理。但是大尺度的涡应该在速度云图有所体现吧。

                                请各位大佬答疑解惑,感谢感谢。

                                C 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                • 李东岳
                                  李东岳 管理员 最后由 编辑

                                  • 你这个看下壁面y+在多少,如果y+足够大,需要用壁面函数

                                  • 另外看你的网格比较糙,好像也不是六面体、矩形网格

                                  • 这个要算URANS、Laminar、或者LES,你的URANS没有涡,应该是湍流粘度太大了,你看看湍流粘度场

                                  CFD高性能服务器 http://dyfluid.com/servers.html

                                  Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                  • Y
                                    Yingdong @李东岳 最后由 编辑

                                    @李东岳
                                    感谢李老师回复
                                    1、Y+=2.5左右,位于粘性底层,所以没有使用壁面函数
                                    2、网格使用blockMesh生成的,可能密度不够
                                    3、湍流粘度如下图所示:0a5a1094-fa81-4a7e-9509-024345482f68-图片.png
                                    确实很大,我设定的湍流粘度比为1;nut是计算出来的,应该如何修改其他的相关参数呢。

                                    之前设定K与Omega如下图:
                                    1ce5100f-fb4a-40b3-a258-c1bac3441f94-图片.png

                                    李东岳 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                    • 李东岳
                                      李东岳 管理员 @Yingdong 最后由 李东岳 编辑

                                      @yingdong 目前URANS没有涡出来是吧?你这是水还是空气?kOmegaSST么还是什么?显示一下你的网格,你这个网格看起来不是很规整。另外你的速度很低,是否需要加湍流模型?

                                      CFD高性能服务器 http://dyfluid.com/servers.html

                                      Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                      • Y
                                        Yingdong @李东岳 最后由 编辑

                                        @李东岳
                                        1、没有涡显示
                                        2、处于超临界状态下的水,密度80.54,粘度小
                                        3、湍流模型为:KOmegaSST
                                        4、网格如下:
                                        3267ce86-d33b-4320-b77f-9691a322f61a-图片.png
                                        这是剖面,实际为全区域三维建模
                                        4620ff74-6ad8-4caf-a67b-5773250ec4df-图片.png
                                        颗粒局部:
                                        ce15212b-27ad-4016-a042-f04e5b2a18d2-图片.png
                                        5、虽然速度小,但是粘度低,对应的雷诺数为5715,属于湍流状态;所以采用湍流模型

                                        1 条回复 最后回复 回复 引用
                                        • C
                                          cccrrryyy 教授 @Yingdong 最后由 编辑

                                          @yingdong 你这些结果是球静止不动的绕流,还是球在动周边水是静止的?我觉得目前很多东西都没有确定的结论的情况下,先模拟前者比较好,后者的话还需要考虑时间步长、动网格等等因素,太杂乱了。
                                          比如你观察到的RANS模型算不出来涡的问题,如果是uRANS那肯定跟时间步也有关系。

                                          I don't want to survive, I want to thrive.

                                          Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                          • Y
                                            Yingdong @cccrrryyy 最后由 编辑

                                            @cccrrryyy
                                            所有云图都是颗粒固定的情况

                                            1 条回复 最后回复 回复 引用
                                            • 李东岳
                                              李东岳 管理员 最后由 编辑

                                              我看你只模拟2秒,你模拟到200s试过没有,有些算例需要足够的relaxation time

                                              CFD高性能服务器 http://dyfluid.com/servers.html

                                              Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                              • Y
                                                Yingdong @李东岳 最后由 编辑

                                                @李东岳
                                                但是采用RANS-simple迭代了10000步也没有显涡:136: :136:

                                                李东岳 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                                • 李东岳
                                                  李东岳 管理员 @Yingdong 最后由 编辑

                                                  @yingdong 用瞬态,不能用稳态

                                                  CFD高性能服务器 http://dyfluid.com/servers.html

                                                  Y 1 条回复 最后回复 回复 引用
                                                  • Y
                                                    Yingdong @李东岳 最后由 编辑

                                                    @李东岳
                                                    嗯嗯 我试试 感谢李老师

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