【原】大渦模擬應(yīng)用步驟

析模界 2023-10-23 發(fā)布于四川

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LES使用起來頗為麻煩，下面是在Fluent中應(yīng)用大渦模的基本步驟,。

Step 1：生成入口物理量（速度,、湍流等）分布

可以在入口上游構(gòu)建一個(gè)周期計(jì)算區(qū)域,，并在該區(qū)域進(jìn)行RANS計(jì)算,，然后將出口流動(dòng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出,，并將該數(shù)據(jù)作為真實(shí)區(qū)域計(jì)算的入口條件
真實(shí)的,、非均勻的入口物理量分布允許在LES計(jì)算中在入口附近建立可解析的湍流
在大渦模擬計(jì)算中,，為了在入口處產(chǎn)生真實(shí)的合成湍流，通常需要入口位置的湍流分布

Step 2：在進(jìn)行LES計(jì)算之前,，先在計(jì)算區(qū)域內(nèi)進(jìn)行RANS計(jì)算

除非初始條件是靜止的流場(chǎng)
使用生成的入口分布(速度和湍流)作為前置RANS計(jì)算的邊界條件
檢查網(wǎng)格分辨率,，并根據(jù)需要重新設(shè)置網(wǎng)格。網(wǎng)格分辨率檢查可以利用積分時(shí)間尺度與網(wǎng)格尺寸的比值是否大于10來進(jìn)行判斷,。

Step 3：生成初始化湍流脈動(dòng)

利用TUI命令/solve/initialize/init-turb-vel-fluctuations,。注意，在求解器從穩(wěn)態(tài)切換到瞬態(tài)之前,，執(zhí)行此TUI命令
此TUI命令執(zhí)行完畢后,，再將求解器從穩(wěn)態(tài)切換到瞬態(tài)。

Step 4：選擇LES模型

Smagorinsky-Lilly模型,。當(dāng)選擇此模型后,，dynamic stress選項(xiàng)可用。如想要使用此模型,，建議激活dynamic stress選項(xiàng)以使用Dynamic Smagorinsky-Lilly模型,。一般工程問題中并不建議使用純粹的Smagorinsky-Lilly模型
WALE模型。此選項(xiàng)為默認(rèn)選項(xiàng),，絕大多數(shù)問題中推薦使用此模型,。該模型在簡(jiǎn)單性和準(zhǔn)確性之間進(jìn)行了良好折衷，同時(shí)克服了避免了Smagorinsky模型中的一些問題
WMLES模型,。此模型主要為壁面有界流動(dòng)而開發(fā),，一般用于較高雷諾數(shù)流動(dòng)問題中
WMLES S-Omega模型。通過使用而不是S計(jì)算模型的LES部分,，可以認(rèn)為此模型是WMLES模型的增強(qiáng)版
Kinetic-Energy Transport模型,。此模型可以看做是標(biāo)準(zhǔn)Smagorinsky-Lilly及Dynamic Smagorinsky-Lilly的加強(qiáng)版

總體來說，一般情況下使用默認(rèn)的WALE模型即可。在壁面有界流動(dòng)中,，高雷諾數(shù)情況下也可以考慮WMLES S-Omega模型,，其他模型通常都可以忽略。

Step 5：設(shè)置入口邊界條件

在入口邊界處,，需要指定以下邊界條件：

速度分量的分布,，若進(jìn)行了前置RANS模擬，則這些參數(shù)值可以直接導(dǎo)入
指定 Fluctuating Velocity Algorithm,。這里可以指定Vortex Method,、Spectral Synthesizer或Synthetic Turbulence Generator (STG)
所有的脈動(dòng)速度算法都需要湍流分布。這些參數(shù)也可以從前置RANS計(jì)算結(jié)果中獲取,，精確的湍流分布可以確保得到較好的湍流脈動(dòng)

Step 6：求解算法

如果使用迭代求解,，下面是一些推薦的設(shè)置：

Pressure-Velocity Coupling：選擇SIMPLEC或PISO。在Controls面板中設(shè)置所有變量的亞松弛因子為1或接近為1（0.9~0.7）
Pressure：選擇使用 Second Order,，注意不要使用PRESTO,！
Momentum：選擇使用 Bounded Central Differencing
Energy：選擇使用 Bounded Central Differencing
Transient Formulation：使用Bounded Second Order Implicit

如果使用NITA，可以設(shè)置Pressure-Velocity coupling為Fractional Step,，其他參數(shù)設(shè)置與迭代求解的設(shè)置相同,。

Step 7：時(shí)間步長(zhǎng)

確保網(wǎng)格內(nèi)的Courant數(shù)小于1。這可以用于估算時(shí)間步長(zhǎng)：

其中為網(wǎng)格尺寸,，為局部網(wǎng)格內(nèi)的平均速度,。

Step 8：求解過程

監(jiān)測(cè)物理量。如監(jiān)測(cè)力和力矩,，速度和壓力等物理量隨時(shí)間變化,，主要用于決定取樣時(shí)機(jī)。
設(shè)置自動(dòng)保存,。LES計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)通常很小,，因此要注意設(shè)置文件保存間隔，防止硬盤被撐爆,。如果想模擬的是穩(wěn)態(tài)工況,，可以只保存最近的若干個(gè)文件。
持續(xù)瞬態(tài)計(jì)算,，直至其達(dá)到統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定狀態(tài)