隱式大渦模擬
關注創建者：MinnieYX 創建時間：2019-05-21
隱式大渦模擬的視頻教程
大渦模擬(LES)與雷諾時均模擬(RANS)效果比較
向后臺階處的湍流剪切層是應用于在工業燃燒器中混合的重要流動結構。 使用LES在3D中對湍流剪切層進行了仿真，并且對LES結果進行了時間平均，以得出與RANS模型相似的結果。 視頻幫助我們理解在得到RANS模型結果時，實際的瞬態流動狀態。 微信公眾號：CFD控 知乎公眾號：CFD控制
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基于大渦模擬的CFD仿真軟件—Fidelity CharLES
Cadence的多物理場CFD仿真工具CharLES是一款高精度，高并行效率的瞬態流體仿真軟件。 它能求解湍流流動、氣動噪聲、反應流、多相流等復雜物理問題，并提供豐富的后處理結果用于分析和改進產品設計。本次直播將為大家詳細介紹CharLES獨特的體網格生成技術（3D Voronoi Diagram），先進的物理模型（WMLES），高效并行方法（CPU&GPU），及其在航空航天和汽車仿真方面的應用
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隱式大渦模擬的實例教程
1 問題描述和流動條件
對VKI高壓渦輪葉片[1]進行隱式大渦模擬（ILES）,文獻[2]中提供了大量的實驗數據。文獻[2]中MUR129的流動情況為沒有來流湍流。流動參數以SI為單位，雷諾數和馬赫數基于等熵出口邊界值：
l 進口總壓：1.849*105Pa
l 進口總溫：409K
l 出口靜壓：1.16487*105Pa
l 攻角：0
l 基于弦長和出口邊界值的雷諾數：1.16*106
l 等熵出口馬赫數：0.84
l 普朗特數：0.713
l 氣體常數：287.55J/(kg*K)
l 壁面溫度：300K
l 粘性系數符合薩瑟蘭定律
2 幾何和網格參數
l 葉片寬度是弦長的16.6%（0.0676m）；
l 粗網格具有169,750個六面體和278,425個棱柱體單元，其中沿葉片展向有35個單元，如圖1所示；
l 網格的平均y +值（來自p2模擬）：3.3；
l 通過將每個單元細分為8個更小的單元生成細網格。
圖1 非結構混合網格
3 計算結果
進行網格加密和變精度（p）研究以評估網格和階次的靈敏度和收斂性。圖2顯示了不同網格密度和求解階次下的紋影分布。這些紋影分布清晰地顯示了聲波、激波，尾跡結構和后緣附近的轉棙區。注意到粗網格上的p2模擬具有比細網格上的p1模擬更高的分辨率，表明p細化在解決非定常流動特征方面比網格細化更有效。也可以看出在粗網上轉棙區還沒有在p2和p3模擬之間完全收斂。粗網格上的p1模擬具有很早的轉棙位置，而細網格上的p1模擬具有很晚的轉棙位置，p2和p3模擬預測到的轉棙位置介于p1粗網格模擬和p2細網格模擬之間。
圖2 不同多項式次數和網格密度下紋影分布對比圖
圖3顯示了粗網格上不同階次計解結果的時間平均值。
展開 對于聲學仿真，推薦使用LES湍流模型，因為LES模型求解所有渦旋尺度比網格尺度大的渦旋，能較好預測到噪聲。
1、啟動軟件并導入網格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇2D 雙精度版本，單核求解。
1.2 導入網格文件“cylinder2d.msh.gz”，網格下載在文章底部。
為了改善求解速度，將網格重新讀取編錄，操作：Mesh -> Reorder -> Domain
在文本窗口中顯示Fluent采用了Reverse Cuthill-McKee方法進行。
2、 求解器設置
3、 模型設置
3.1 湍流模型-大渦LES模型
在2D求解器中，LES模型是隱藏的，就是你打開湍流模型面板是找不到的。在文本窗口中輸入下面命名“(rpsetvar 'les-2d?' #t)”，鍵盤回車鍵。命令輸入要英文狀態，括號也要輸入，還有一點就是不能復制黏貼輸入，只能手動敲鍵盤輸入才有效，本人親測過了，Fluent版本是15.0。再次打開湍流模型，就發現LES已經出現可選了。
此時會彈出一個warning提示框，點擊OK即可。
4、 邊界條件
4.1 inlet邊界，邊界類型為velocity-inlet。
4.2 outlet邊界，邊界類型為pressure-outlet。保留默認設置。
5、求解設置
5.1 離散方案設置。
5.2 松弛因子設置，將pressure松弛因子調到0.7。
5.3 殘差設置。
展開 ?有效模擬了建筑結構的高雷洛數繞流及拓展了xflow在高層建筑抗風中的應用，本次參賽模型選用了兩種亞格子尺度方法，亞格子渦黏性模型自適應局部（Wall-Adapting Local Eddy，WALE） 模型、動態Smagorinsky模型（DSM)，其中兩種模型在Xflow里的參數取Cw取0.2,Cs取0.15。
?將XFLOW的數值結果與風洞試驗的CAARC標準高層建筑的數值解對比，結果表明數值模擬較好的反映了高層建筑周圍風環境的繞流特性及表面風壓情況，在迎風面時，與試驗結果擬合較好，在側風面和背風面時，數值模擬結果介于NPL與TJ2試驗結果之間，迎風面均受正壓力，在迎風面2/3高度處最大，兩邊及底下小。建筑物的背風面和側風面全部承受負壓力，兩種湍流模型的模擬結果之間差異較小，為高層建筑鈍體繞流的研究提供了依據。
基于XFLOW大渦模擬的CAARC標準高層風洞試驗模擬.pptx
展開 導讀：介紹大渦模擬。
大渦模擬（Large eddy simulation，LES）是介于直接數值模擬（DNS）和Reynolds平均法之間的一種數值模擬方法。
基本思想
湍流包含一系列大大小小的渦團，渦尺度范圍很大，我們希望計算網格的尺度可以小到足以分辨最小渦的運動給，但是目前所采用的最小尺度計算網格仍比最小渦大得多。
大尺度渦決定了系統中動量、質量、能量及其他物理量的輸運，并且大尺度渦與所求解問題、幾何和邊界密切相關。小尺度渦幾乎不受幾何和邊界的影響，它趨向于各向同性，且運動具有共性。目前只能放棄全尺度范圍上渦的瞬時運動模擬，只將比網格尺度大的湍流運動通過瞬時N-S方程計算出來，小尺度渦對大尺度渦的影響則通過一定的模型在針對大尺度渦的瞬時N-S方程體現出來，這就是大渦模擬方法。
如何實現
實現大渦模型，有兩個重要環節：
首先是建立數學濾波模型，從湍流瞬時運動方程中將尺度比濾波函數的尺度小的渦過濾掉，從而分解出描寫大渦流的方程。
其次就是考慮被濾掉的小渦對大渦的影響，則通過大渦流場的運動方程中引入附加應力項來體現，被稱為亞格子尺度應力。這個數學模型稱為亞格子尺度模型（SubGrid-Scale model，SGS模型）。
數學模型
（1）大渦運動方程在LES方法中，通過濾波函數，每個變量都被分為兩部分：
大尺度的平均分量 -這部分是濾波后的變量，是模擬中直接計算的部分；
不尺度變量-需要通過模型來表示。
這里的是濾波后的變量，它不是時間域上的平均，而是在空間域上的平均，
可以通過下式得到：
式中D為流動區域；x為空間坐標；為濾波函數，決定了所求解的渦的尺度。
展開 image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202106/6513c24703174f57b945bd58fb07187d.png">
</div><p><br></p><p> 渦流隨著攪動產生，攪動源消失后大渦逐漸破碎為小渦，小渦再破碎為更小的“迷你渦”，然后逐漸耗散。大渦模擬是介于直接數值模擬和湍流模式理論之間的折衷，描述了破碎耗散的過程。</p><p> Comsol提供了LES RBVM大渦模擬模塊</p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202106/3c954f6a83134929a2dbf9ab5722ccc2.png" title="QQ圖片20210605100521.png" alt="QQ圖片20210605100521.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202106/3c954f6a83134929a2dbf9ab5722ccc2.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202106/3c954f6a83134929a2dbf9ab5722ccc2.png?
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本文主要利用STAR-CCM+演示標準潛艇模型Suboff的大渦模擬過程。
幾何模型
下圖展示了在SpaceClaim中打開的Suboff全附體幾何模型。
CFD 社區流傳著一個老笑話：“大渦模擬十年后才有用，就像 1977 年一樣。” 當然，這從來都不是完全正確的。十七年前，我在實習期間對軸對稱進氣口的一個小楔子進行了 LES 分析。它不是一個大網格，在我的 6 核工作站上運行模擬花了三周時間，但它讓我們深入了解了我們正在研究的流動，特別是瞬態渦流形成的方式和位置，以及它們如何影響性能。我的導師評論說，盡管運行需要數周時間，但他們已經在這個問題上苦苦思索了將近一年
01
研究背景
?有效模擬了建筑結構的高雷洛數繞流及拓展了xflow在高層建筑抗風中的應用，本次參賽模型選用了兩種亞格子尺度方法，亞格子渦黏性模型自適應局部（Wall-Adapting Local Eddy，WALE） 模型、動態Smagorinsky模型（DSM)，其中兩種模型在Xflow里的參數取Cw取0.2,Cs取0.15。
?將XFLOW的數值結果與風洞試驗的CAARC標準高層建筑的數值解對比
<p>開放群：566811107（資料多，不僅限交流）</p><p>群一：836281296</p><p>群二：594368389 </p><p>群三：1080606488 </p><p>群四： 678357196 </p><p>我的qq： 209870384有興趣的可以加我，交流模型。</p><p><span
導讀：介紹大渦模擬。
大渦模擬（Large eddy simulation，LES）是介于直接數值模擬（DNS）和Reynolds平均法之間的一種數值模擬方法。
基本思想
湍流包含一系列大大小小的渦團，渦尺度范圍很大，我們希望計算網格的尺度可以小到足以分辨最小渦的運動給，但是目前所采用的最小尺度計算網格仍比最小渦大得多。
大尺度渦決定了系統中動量、質量、能量及其他物理量的輸運，并且大尺度渦與所求解問題
1 問題描述和流動條件
對VKI高壓渦輪葉片[1]進行隱式大渦模擬（ILES）,文獻[2]中提供了大量的實驗數據。文獻[2]中MUR129的流動情況為沒有來流湍流。
寫在前面
LES的計算中，實際上對網格是有要求滴，這方面內容可以從相關文獻中找到，本文只是針對LES的計算設置進行一個簡單的2D圓柱擾流講解，不涉及網格要求方面，童鞋們要注意這一點哇！
文主花了兩天時間學習FLUENT中的LES計算，所以，這實際上還是蠻簡單的，只要大體思路成型了，剩下的只是細節工作。
這個就是文主計算的結果（延伸段實際上應該更長一些）
寫稿初衷
本文的寫稿初衷是因為當初在各大網站上苦苦找尋
