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大涡模拟应用步骤
发布日期:2024-07-22 04:04    点击次数:100

LES使用起来颇为麻烦,下面是在Fluent中应用大涡模的基本步骤。

Step 1:生成入口物理量(速度、湍流等)分布

可以在入口上游构建一个周期计算区域,并在该区域进行RANS计算,然后将出口流动数据导出,并将该数据作为真实区域计算的入口条件真实的、非均匀的入口物理量分布允许在LES计算中在入口附近建立可解析的湍流

在大涡模拟计算中,为了在入口处产生真实的合成湍流,通常需要入口位置的湍流分布

Step 2:在进行LES计算之前,先在计算区域内进行RANS计算

除非初始条件是静止的流场使用生成的入口分布(速度和湍流)作为前置RANS计算的边界条件检查网格分辨率,并根据需要重新设置网格。网格分辨率检查可以利用积分时间尺度与网格尺寸的比值是否大于10来进行判断。

Step 3:生成初始化湍流脉动

利用TUI命令/solve/initialize/init-turb-vel-fluctuations。注意,在求解器从稳态切换到瞬态之前,执行此TUI命令此TUI命令执行完毕后,再将求解器从稳态切换到瞬态。

Step 4:选择LES模型

进入Viscous面板,选择亚格子尺度模型,如下图所示。Smagorinsky-Lilly模型。当选择此模型后,dynamic stress选项可用。如想要使用此模型,建议激活dynamic stress选项以使用Dynamic Smagorinsky-Lilly模型。一般工程问题中并不建议使用纯粹的Smagorinsky-Lilly模型WALE模型。此选项为默认选项,绝大多数问题中推荐使用此模型。该模型在简单性和准确性之间进行了良好折衷,同时克服了避免了Smagorinsky模型中的一些问题WMLES模型。此模型主要为壁面有界流动而开发,一般用于较高雷诺数流动问题中WMLES S-Omega模型。通过使用而不是S计算模型的LES部分,可以认为此模型是WMLES模型的增强版Kinetic-Energy Transport模型。此模型可以看做是标准Smagorinsky-Lilly及Dynamic Smagorinsky-Lilly的加强版

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总体来说,一般情况下使用默认的WALE模型即可。在壁面有界流动中,高雷诺数情况下也可以考虑WMLES S-Omega模型,其他模型通常都可以忽略。

Step 5:设置入口边界条件

在入口边界处,需要指定以下边界条件:

速度分量的分布,若进行了前置RANS模拟,则这些参数值可以直接导入指定 Fluctuating Velocity Algorithm。这里可以指定Vortex Method、Spectral Synthesizer或Synthetic Turbulence Generator (STG)所有的脉动速度算法都需要湍流分布。这些参数也可以从前置RANS计算结果中获取,精确的湍流分布可以确保得到较好的湍流脉动

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Step 6:求解算法

如果使用迭代求解,下面是一些推荐的设置:

Pressure-Velocity Coupling:选择SIMPLEC或PISO。在Controls面板中设置所有变量的亚松弛因子为1或接近为1(0.9~0.7)Pressure:选择使用 Second Order,注意不要使用PRESTO!Momentum:选择使用 Bounded Central DifferencingEnergy:选择使用 Bounded Central DifferencingTransient Formulation:使用Bounded Second Order Implicit

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如果使用NITA,可以设置Pressure-Velocity coupling为Fractional Step,其他参数设置与迭代求解的设置相同。

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Step 7:时间步长

确保网格内的Courant数小于1。这可以用于估算时间步长:

其中为网格尺寸,为局部网格内的平均速度。

Step 8:求解过程

监测物理量。如监测力和力矩,速度和压力等物理量随时间变化,主要用于决定取样时机。设置自动保存。LES计算的时间步长通常很小,因此要注意设置文件保存间隔,防止硬盘被撑爆。如果想模拟的是稳态工况,可以只保存最近的若干个文件。持续瞬态计算,直至其达到统计稳定状态

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激活选项Data Sampling for Time Statistics开启数据采样,指定Sampling Interval及相关参数

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点击按钮Solution选项卡下的按钮Reset Statistics重设统计

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进行足够长时间的计算。计算时间越长越好。若计算资源不足,可以取的5~10倍,这里L为系统长度尺度,L0为时均速度。进行后处理

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