湍流數(shù)值模擬的案例
CFD理論|湍流數(shù)值模擬方法
導(dǎo)讀：湍是一種高度非線(xiàn)性的復(fù)雜流動(dòng)，目前已可以通過(guò)某些數(shù)值方法對(duì)湍流進(jìn)行模擬，本文對(duì)各種數(shù)值模擬方法作簡(jiǎn)介。
目前湍流數(shù)值模擬方法可以分為直接數(shù)值模擬方法與非直接數(shù)值模擬方法兩大類(lèi)。
直接數(shù)值模擬
直接數(shù)值模擬（Direct Numerical Simulation，DNS）就是直接對(duì)瞬態(tài)的Navier-Stokes方程對(duì)湍流計(jì)算。由于DNS方法沒(méi)有對(duì)湍流流動(dòng)作任何假設(shè)與簡(jiǎn)化，理論上可以得到精確的計(jì)算結(jié)果。
但這也意味著必須同時(shí)解決整個(gè)范圍的空間和時(shí)間尺度的湍流，由于湍流是多尺度的不規(guī)則流動(dòng)，這就要求對(duì)空間和時(shí)間的分辨率需求很高。因此該方法的計(jì)算量大、耗時(shí)長(zhǎng)，依賴(lài)計(jì)算機(jī)內(nèi)存。
非直接數(shù)值模擬
（1）大渦模擬(LES)
為了模擬湍流流動(dòng)，一方面要求計(jì)算區(qū)域的尺寸應(yīng)大到足以包含湍流流動(dòng)中的最大渦，另一方面要求計(jì)算網(wǎng)格的尺度應(yīng)小到足以分辨最小渦的運(yùn)動(dòng)。
大尺度的渦流對(duì)平均流動(dòng)影響較大，各種變量的湍流擴(kuò)散、熱量、質(zhì)量和能量的交換以及雷諾應(yīng)力的產(chǎn)生都是通過(guò)大尺度渦流實(shí)現(xiàn)；小尺度渦流主要對(duì)耗散起作用，通過(guò)耗散脈動(dòng)來(lái)影響各種變量。
但是目前，能夠采用的計(jì)算網(wǎng)格最小尺度仍比最小渦的尺度大許多，所以無(wú)法對(duì)渦進(jìn)行全尺度模擬。
因此大渦模擬應(yīng)運(yùn)而生，大尺度渦流通過(guò)N-S方程直接求解，小尺度渦流通過(guò)亞網(wǎng)格尺度模型，建立于大尺度渦的關(guān)系對(duì)其進(jìn)行模擬。
展開(kāi) 后臺(tái)階湍流流動(dòng)模擬
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說(shuō)明
本案例介紹了后臺(tái)階湍流流動(dòng)的數(shù)值模擬。臺(tái)階高度H，入口距離臺(tái)階4H，出口距離臺(tái)階30H。
計(jì)算域：臺(tái)階高度1m，計(jì)算域長(zhǎng)度為34m，高度為9m
物質(zhì)屬性：密度為1kg/m3，粘度為0.0001kg/m-s
邊界條件：入口速度由profile定義
網(wǎng)格劃分
采用矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量為6800
計(jì)算設(shè)置
本次計(jì)算為穩(wěn)態(tài)計(jì)算。
物質(zhì)屬性
計(jì)算物質(zhì)設(shè)置為空氣，設(shè)置它的密度等參數(shù)
湍流模型
選擇無(wú)粘流動(dòng)
邊界條件
入口邊界條件，速度及湍流參數(shù)由profile文件讀入
profile文件下載地址：https://pan.baidu.com/s/1AaFMcgNXo0k8wQKAFqhm9g 密碼: 5is9
出口邊界采用壓力出口邊界條件
計(jì)算結(jié)果
計(jì)算域壓力和速度云圖
計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比
臺(tái)階后壁面上表面摩擦系數(shù)對(duì)比圖表
參考文獻(xiàn)
D.M. Driver, H.L. Seegmiller, "Features of a Reattaching Turbulent Shear Layer in Divergent Channel Flow". AIAA Journal,Vol 23, pp. 163-171, 1985
展開(kāi) CFD數(shù)值模擬技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
流動(dòng)在剪刀差的端面會(huì)由于壓力不連續(xù)而導(dǎo)致強(qiáng)烈旋渦的產(chǎn)生，這一切對(duì)數(shù)值算法、湍流模式提出了極大的挑戰(zhàn)。即使是二維的增升裝置擾流中也存在激波附面層干擾、尾跡附面層干擾，尾跡相互融合，流動(dòng)分離等復(fù)雜的粘性流動(dòng)現(xiàn)象。
CFD在飛機(jī)外流模擬中的功能主要體現(xiàn)在：
(1) 可以在一定范圍內(nèi)較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣動(dòng)力參數(shù)，代替部分風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)；
(2) 可以與很多優(yōu)化算法相結(jié)合，對(duì)氣動(dòng)外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
CFD在面向工程應(yīng)用方面目前仍然存在一些急需解決的問(wèn)題。
(1) 首先是復(fù)雜外形飛機(jī)的網(wǎng)格生成問(wèn)題。現(xiàn)在得到CFD學(xué)界公認(rèn)的一個(gè)事實(shí)是：一個(gè)復(fù)雜外形飛機(jī)流場(chǎng)的數(shù)值模擬工作，網(wǎng)格生成需要的時(shí)間占整個(gè)工作的70%；
(2)高精度高分辨率的數(shù)值格式，現(xiàn)代飛機(jī)的外形極其復(fù)雜，流場(chǎng)中一般會(huì)存在激波、旋渦與分離、激波與附面層干擾等復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象。要想準(zhǔn)確預(yù)測(cè)飛機(jī)的氣動(dòng)力參數(shù)，數(shù)值格式必須有準(zhǔn)確捕捉這些復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象的能力；
(3) 湍流數(shù)值模擬；
(4) 計(jì)算效率問(wèn)題。
既然認(rèn)識(shí)到，飛機(jī)外流場(chǎng)模擬中的主要工作量集中在復(fù)雜模型的網(wǎng)格生成上，作為一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，下面，將采用star-ccm+這一工具來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)飛機(jī)模型的網(wǎng)格劃分及計(jì)算，當(dāng)然，在這里，并不打算對(duì)計(jì)算細(xì)節(jié)進(jìn)行討論，僅僅起到一個(gè)拋磚引玉的作用，以引起大家對(duì)CFD數(shù)值模擬在飛機(jī)方面應(yīng)用的興趣。
展開(kāi) 【CAE案例】對(duì)核反應(yīng)堆芯 5x5 棒束構(gòu)型下湍流場(chǎng)的數(shù)值模擬
壓損系數(shù)
結(jié)果表明，LES 和 EB-RSM 得到的壓損系數(shù)值相差不大。
05 結(jié)論
本次對(duì) 5x5 棒束構(gòu)型下湍流場(chǎng)研究顯示：
反應(yīng)棒陣中摻入較大尺寸的套棒使得流場(chǎng)法向速度不均勻分布。
LES 模型和 EB_RSM 模型在此種構(gòu)型下得到的結(jié)果相近。
本次研究為課題組后續(xù)進(jìn)行復(fù)雜棒束構(gòu)型下的非定常流動(dòng)打下良好基礎(chǔ)。
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CFD學(xué)習(xí)：模擬湍流熱通量分布
它給出了流體中湍流動(dòng)量交換和湍流傳遞能力之間的相似性。普朗特?cái)?shù)是流體的固有屬性。
努塞爾數(shù) -流體表面發(fā)生的對(duì)流換熱可以通過(guò)努塞爾數(shù)來(lái)測(cè)量。努塞爾數(shù)可以表示為流體表面的無(wú)單位溫度梯度。
在 RB 對(duì)流系統(tǒng)中，普朗特?cái)?shù)和瑞利數(shù)決定流動(dòng)動(dòng)力學(xué)。此類(lèi)系統(tǒng)中的湍流熱通量是根據(jù)努塞爾數(shù)來(lái)測(cè)量的，其對(duì)瑞利數(shù)和普朗特?cái)?shù)的依賴(lài)性由從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的預(yù)因子給出。
模擬湍流熱通量分布
湍流和傳熱在工業(yè)過(guò)程中無(wú)處不在。例如，在熱交換器應(yīng)用中，利用了湍流和熱傳輸。在此類(lèi)系統(tǒng)中，壁的性質(zhì)或紋理影響過(guò)程的效率和熱通量分布。
當(dāng)湍流被限制在固體表面時(shí)，邊界層會(huì)在壁附近形成。速度邊界層在壁面附近具有零值，并且在流動(dòng)的核心處達(dá)到相當(dāng)大的值。類(lèi)似地，溫度從熱（底部）到冷（頂部）溫度變化到流核心的中間溫度。
RB湍流對(duì)流中邊界層形成的速度和溫度梯度影響動(dòng)量分布和熱通量分布。有必要對(duì)湍流熱通量分布和行為進(jìn)行建模，以進(jìn)一步提高換熱效率和性能。
湍流熱通量傳輸方程是熱交換器系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。根據(jù)流動(dòng)特性，湍流熱通量傳輸方程中通常存在對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和壓力-溫度梯度項(xiàng)。通過(guò)準(zhǔn)確地模擬湍流熱傳輸，可以預(yù)測(cè)所考慮的系統(tǒng)中的平均溫度分布和湍流熱通量分量分布。通過(guò)從湍流熱通量模型中獲取知識(shí)可以提高熱傳輸系統(tǒng)的整體精度。
湍流熱通量的動(dòng)力學(xué)
與湍流熱通量分布和行為相關(guān)的動(dòng)力學(xué)需要對(duì)湍流熱傳輸系統(tǒng)進(jìn)行建模。Cadence 的 CFD 工具可以通過(guò)行業(yè)領(lǐng)先的網(wǎng)格劃分方法、強(qiáng)大的求解器和后處理功能，幫助您對(duì)動(dòng)態(tài)流體流動(dòng)系統(tǒng)中的湍流熱通量分布進(jìn)行建模。
展開(kāi) 學(xué)習(xí)記錄——Workbench含斜拉索&橋梁&小車(chē)行駛過(guò)程數(shù)值模擬
駛過(guò)程數(shù)值模擬
駛過(guò)程數(shù)值模擬
今天學(xué)習(xí)的案例是Workbench含斜拉索&橋梁&小車(chē)行駛過(guò)程數(shù)值模擬。難點(diǎn)是小車(chē)行駛過(guò)程中整車(chē)產(chǎn)生的重力引起的輪胎變形的不同等效形式和復(fù)雜時(shí)域載荷如何施加到系統(tǒng)模型當(dāng)中。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統(tǒng)的構(gòu)建
導(dǎo)入模型如圖所示。
1.2材料模型系統(tǒng)的構(gòu)建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統(tǒng)的構(gòu)建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關(guān)系：轉(zhuǎn)動(dòng)、固定和移動(dòng)
1.3.3網(wǎng)格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉(zhuǎn)動(dòng)副
2.2位移邊界條件
2.3求解設(shè)定
時(shí)間0.1s，初始步數(shù)25，最小步數(shù)20，最大步數(shù)250，打開(kāi)大變形。
下面是本案例的思維導(dǎo)圖。
展開(kāi) 【降落傘數(shù)值模擬】超音速降落傘流固耦合數(shù)值模擬
可利用XFlow軟件模擬流體運(yùn)動(dòng)，Abaqus軟件模擬降落傘的受力和運(yùn)動(dòng)，兩者結(jié)合來(lái)模擬真實(shí)情況下超音速降落傘的流固耦合運(yùn)動(dòng)。 下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。
（1）當(dāng)馬赫數(shù)為1.5時(shí)，超音速降落傘流固耦合數(shù)值模擬渦量變化結(jié)果：
（2）當(dāng)馬赫數(shù)為0.3時(shí)，超音速降落傘流固耦合模擬結(jié)果流場(chǎng)變化結(jié)果：
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專(zhuān)家解答 | GMS地下水數(shù)值模擬、地面沉降數(shù)值模擬實(shí)踐技術(shù)應(yīng)用與案例分析
通過(guò)對(duì)案例模型的實(shí)操?gòu)?qiáng)化培訓(xùn)，不僅使學(xué)員掌握地下水數(shù)值模擬軟件GMS10.1的全過(guò)程實(shí)際操作技術(shù)的基本技能，而且可以深刻理解模擬過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以解決實(shí)際問(wèn)題能力。同時(shí)為滿(mǎn)足環(huán)評(píng)從業(yè)人員進(jìn)一步加強(qiáng)地下水數(shù)值模擬以解決《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則－地下水環(huán)境》（HJ 610－2016）實(shí)施過(guò)程中的困難。
培訓(xùn)目標(biāo)：
1.掌握GMS的建模流程，包括三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模、直接建模及概念模型建模，熟悉軟件的基本操作。
2.掌握GMS基本模塊TIN、Solids、Modflow2000/2005、MT3DMS、MODPATH、PEST、SEAWAT在模擬地下水流動(dòng)、地下水溶質(zhì)運(yùn)移、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移和海水入侵模塊的應(yīng)用過(guò)程。
3.掌握GMS模型輸出數(shù)據(jù)的處理，相關(guān)圖件的編制和模擬結(jié)果的三維可視化展示。
4.能夠利用數(shù)值模型進(jìn)行均衡計(jì)算和地下水資源量評(píng)價(jià)。
5.領(lǐng)會(huì)最新地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則（HJ 610-2016），掌握地下水環(huán)評(píng)報(bào)告的撰寫(xiě)提綱和撰寫(xiě)要點(diǎn)。
6.通過(guò)手把手的5個(gè)實(shí)例操作指導(dǎo)和面對(duì)面討論交流，使學(xué)員能夠全流程掌握數(shù)值模擬方法，并能夠?qū)?em>模擬中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行快速診斷處理。（請(qǐng)?zhí)崆芭渲脤W(xué)習(xí)所需軟件環(huán)境，所需自備）
課程內(nèi)容詳情
學(xué)時(shí)與證書(shū)頒發(fā)：
參加會(huì)議的學(xué)員可以獲得《地下水建模及環(huán)評(píng)技術(shù)應(yīng)用》專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)證書(shū)及學(xué)時(shí)證明，上網(wǎng)可查。
展開(kāi) 【數(shù)值模擬】基于CEL方法的戰(zhàn)斗部動(dòng)爆對(duì)建筑目標(biāo)毀傷效果數(shù)值模擬
在此借助強(qiáng)大的工程模擬軟件—Abaqus，采用了CEL（Coupled Eulerian-Lagrangian）方法，對(duì)相關(guān)案例進(jìn)行了深入的數(shù)值模擬研究。
CEL方法描述
CEL 即耦合的歐拉-拉格朗日方法。這種方法結(jié)合了歐拉方法和拉格朗日方法的優(yōu)點(diǎn)，既可以處理大變形問(wèn)題，又可以精確模擬物質(zhì)的流動(dòng)和混合。在爆炸、沖擊等極端條件下，CEL 方法能夠有效地模擬物質(zhì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和毀傷過(guò)程。
戰(zhàn)斗部動(dòng)爆是指戰(zhàn)斗部在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。這種爆炸產(chǎn)生的沖擊波具有瞬間、高壓、高速等特點(diǎn)，能夠?qū)χ車(chē)h(huán)境中的建筑物和人員造成嚴(yán)重的破壞和傷害。通過(guò) CEL 方法的數(shù)值模擬，可以清晰地看到建筑物在沖擊波作用下的變形、破裂和崩塌過(guò)程。
建立模型
建立典型建筑物目標(biāo)及彈藥幾何模型，樓房為全模型，高度約為14.6 m，示意如圖 1 所示。彈體簡(jiǎn)化為殼體和炸藥(紅色填充物)兩部分，如圖 2 所示。導(dǎo)彈末端速度設(shè)置為100m/s。為方便查看，隱去了空氣域模型。由于爆炸點(diǎn)距離地面較遠(yuǎn)，因此將地面看作剛體以簡(jiǎn)化計(jì)算流程，設(shè)定戰(zhàn)斗部與建筑物墻體碰撞后引爆。
圖1 建筑物幾何模型
圖2 彈體幾何模型
混凝土損傷塑性模型
炸藥采用JWL狀態(tài)方程描述，戰(zhàn)斗部殼體參數(shù)參考了常見(jiàn)戰(zhàn)斗部材料公開(kāi)數(shù)據(jù)，混凝土采用常見(jiàn)的混凝土損傷塑性模型(CDP)，強(qiáng)度選擇C30標(biāo)準(zhǔn)。CDP模型是通過(guò)將各向同性下?lián)p傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結(jié)合的方式來(lái)對(duì)混凝土的非彈性行為進(jìn)行描述的，同時(shí)考慮了由于拉、壓塑性應(yīng)變導(dǎo)致的彈性剛度的退化，可用于模擬混凝土在任意荷載作用下的受力及破壞情況。
展開(kāi) STAR-CCM+模型實(shí)例：模擬簡(jiǎn)單彎管流動(dòng) ----不同湍流模型的對(duì)比
能更好的模擬流動(dòng)分離和再附著。
不適合于模擬復(fù)雜內(nèi)部流動(dòng)。
elliptic blending RSM model + all y+ treatment
能夠捕捉曲率的影響和雷諾應(yīng)力的各相異性。
不同湍流模型的影響和計(jì)算代價(jià)如下圖所示：
湍流模型總結(jié)
4. 后處理內(nèi)容
在該案例中，后處理內(nèi)容如下：
管道壓降
管道壓降的最后100迭代步平均值
速度矢量圖線(xiàn)積分卷積
湍流長(zhǎng)度尺度（turbulence lengthscale）和湍流粘度比（turbulence viscosity ratio）
RSM模型的雷諾應(yīng)力云圖
壁面y+云圖
使用field function自定義運(yùn)動(dòng)粘度（kinematic viscosity）、積分長(zhǎng)度尺度（Integral Length Scale）、泰勒微尺度（Taylor Microscale）、Kolmogorov 微尺度（Kolmogorov scales）：
相應(yīng)的渦長(zhǎng)度尺度如下圖所示：
5. 計(jì)算過(guò)程
兩方程模型計(jì)算600迭代步，并取最后100迭代步的管道壓降平均。
RSM模型基于realizable k-ε收斂的結(jié)果再計(jì)算600迭代步。
Realizable k-epsilon模型的收斂性如下圖所示：
EB RSM模型的收斂性如下圖所示：
6. 結(jié)果分析
下面從幾個(gè)方面來(lái)對(duì)比分析不同湍流模型的結(jié)果。
（1） 湍流模型對(duì)流態(tài)的影響
? 相比于RSM模型，Realizable k-ε模型模擬的分離位置靠后。
展開(kāi) 【CFD數(shù)值模擬算例】水面浮體（浮式風(fēng)電塔）與波浪的流固耦合動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術(shù)，模擬實(shí)際海洋環(huán)境中的波浪。
調(diào)整波浪參數(shù)，如波高、波長(zhǎng)、周期等，以匹配實(shí)際條件。
3、流固耦合分析
設(shè)置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，以適應(yīng)浮體的運(yùn)動(dòng)。
應(yīng)用合適的數(shù)值方法，如有限元法(FEM)或有限體積法(FVM)，解決流固耦合方程。
4、動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算
求解浮體的運(yùn)動(dòng)方程，得到其位置、速度和加速度隨時(shí)間的變化。
分析浮體的動(dòng)力響應(yīng)，包括振幅、頻率和響應(yīng)譜等。
5、結(jié)果可視化與驗(yàn)證
使用可視化工具，展示浮體的運(yùn)動(dòng)軌跡、波浪形態(tài)和流體動(dòng)力變化。
通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或其他可靠來(lái)源的對(duì)比，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。
6、參數(shù)化與優(yōu)化
改變浮體的幾何參數(shù)、材料屬性或運(yùn)行條件，觀察其對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響。
基于數(shù)值模擬結(jié)果，提出浮式風(fēng)電塔設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議。
7、模擬報(bào)告與文檔
編寫(xiě)詳細(xì)的模擬報(bào)告，記錄模型設(shè)置、方法、結(jié)果和結(jié)論。
整理相關(guān)的文檔和腳本，確保模擬過(guò)程可重復(fù)和可追溯。
通過(guò)這些步驟，可以對(duì)水面浮體（如浮式風(fēng)電塔）與波浪的流固耦合動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬，以支持工程設(shè)計(jì)和決策。
文章內(nèi)容轉(zhuǎn)自：“云數(shù)仿真”公眾號(hào)
展開(kāi) 
【CFD數(shù)值模擬算例】船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬自動(dòng)化智能化方法
船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬自動(dòng)化智能化防范
【計(jì)算軟件】OpenFOAM開(kāi)源平臺(tái)
【仿真平臺(tái)】自建高性能計(jì)算集群
【算例說(shuō)明】基于OpenFOAM流體力學(xué)開(kāi)源軟件提出了船舶運(yùn)動(dòng)值模擬自動(dòng)化和智能化方法，可使計(jì)算流程自動(dòng)完成；通過(guò)逐個(gè)分析不同參數(shù)的影響，智能化分析多工況數(shù)值模擬結(jié)果和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可得到優(yōu)化的計(jì)算參數(shù)，從而使數(shù)值模擬的人工處理部分最大限度地減少，同時(shí)計(jì)算過(guò)程達(dá)到最大程度地簡(jiǎn)化，數(shù)值計(jì)算結(jié)果可靠，可滿(mǎn)足工程應(yīng)用的需求。自動(dòng)化和智能化處理的概念和方法，也可用于其他數(shù)值模擬領(lǐng)域。
【工程應(yīng)用】船舶阻力、螺旋槳敞水、船槳舵自航等
【創(chuàng)新貢獻(xiàn)】自動(dòng)化計(jì)算流程（一鍵計(jì)算）+智能化計(jì)算參數(shù)優(yōu)化
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展開(kāi) VKI 高壓渦輪葉片湍流隱式大渦模擬
1 問(wèn)題描述和流動(dòng)條件
對(duì)VKI高壓渦輪葉片[1]進(jìn)行隱式大渦模擬（ILES）,文獻(xiàn)[2]中提供了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[2]中MUR129的流動(dòng)情況為沒(méi)有來(lái)流湍流。流動(dòng)參數(shù)以SI為單位，雷諾數(shù)和馬赫數(shù)基于等熵出口邊界值：
l 進(jìn)口總壓：1.849*105Pa
l 進(jìn)口總溫：409K
l 出口靜壓：1.16487*105Pa
l 攻角：0
l 基于弦長(zhǎng)和出口邊界值的雷諾數(shù)：1.16*106
l 等熵出口馬赫數(shù)：0.84
l 普朗特?cái)?shù)：0.713
l 氣體常數(shù)：287.55J/(kg*K)
l 壁面溫度：300K
l 粘性系數(shù)符合薩瑟蘭定律
2 幾何和網(wǎng)格參數(shù)
l 葉片寬度是弦長(zhǎng)的16.6%（0.0676m）；
l 粗網(wǎng)格具有169,750個(gè)六面體和278,425個(gè)棱柱體單元，其中沿葉片展向有35個(gè)單元，如圖1所示；
l 網(wǎng)格的平均y +值（來(lái)自p2模擬）：3.3；
l 通過(guò)將每個(gè)單元細(xì)分為8個(gè)更小的單元生成細(xì)網(wǎng)格。
圖1 非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格
3 計(jì)算結(jié)果
進(jìn)行網(wǎng)格加密和變精度（p）研究以評(píng)估網(wǎng)格和階次的靈敏度和收斂性。圖2顯示了不同網(wǎng)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(jié)構(gòu)和后緣附近的轉(zhuǎn)棙區(qū)。注意到粗網(wǎng)格上的p2模擬具有比細(xì)網(wǎng)格上的p1模擬更高的分辨率，表明p細(xì)化在解決非定常流動(dòng)特征方面比網(wǎng)格細(xì)化更有效。也可以看出在粗網(wǎng)上轉(zhuǎn)棙區(qū)還沒(méi)有在p2和p3模擬之間完全收斂。粗網(wǎng)格上的p1模擬具有很早的轉(zhuǎn)棙位置，而細(xì)網(wǎng)格上的p1模擬具有很晚的轉(zhuǎn)棙位置，p2和p3模擬預(yù)測(cè)到的轉(zhuǎn)棙位置介于p1粗網(wǎng)格模擬和p2細(xì)網(wǎng)格模擬之間。
圖2 不同多項(xiàng)式次數(shù)和網(wǎng)格密度下紋影分布對(duì)比圖
圖3顯示了粗網(wǎng)格上不同階次計(jì)解結(jié)果的時(shí)間平均值。
展開(kāi) 基于v2-f 湍流模型模擬強(qiáng)自由渦流
本案例基于COMSOL軟件的v2-f湍流模型模擬了旋流器內(nèi)的強(qiáng)渦流運(yùn)動(dòng)，仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎交流
湍流-化學(xué)作用的噴霧燃燒模擬 | 基于OpenFOAM的FGM模型實(shí)現(xiàn)與分析
準(zhǔn)確地模擬非預(yù)混噴霧自點(diǎn)火和氧化過(guò)程以及污染物排放，特別是多環(huán)芳烴物種的演化過(guò)程，詳細(xì)的化學(xué)計(jì)算至關(guān)重要。
許多TCI模型已被應(yīng)用于噴霧火焰的建模。例如，輸運(yùn)概率密度函數(shù)(TPDF)方法、代表性交互火焰面(RIF)、火焰面/進(jìn)度變量(FPV)模型、火焰面生成流形(FGM) 和建表火焰面模型(TFM)。
在這些湍流燃燒模型中，基于火焰面思想的模型具有計(jì)算效率高的特點(diǎn)，因此可以使用詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。火焰面方法的基本思想是，多維湍流火焰可以看作是嵌入在湍流流場(chǎng)中的被拉伸的一維層流火焰(稱(chēng)為火焰面)的集合。引入混合分?jǐn)?shù)Z以消除非線(xiàn)性化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)求解的困難。由此，化學(xué)可以在混合分?jǐn)?shù)坐標(biāo)下求解，然后映射到流場(chǎng)。基于火焰面的模型與化學(xué)建表方法相結(jié)合，通過(guò)將3D-CFD和層流火焰面計(jì)算解耦，降低了計(jì)算成本。這使得火焰面模型能夠使用復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，且計(jì)算成本相對(duì)較低。此外，基于火焰面的模型能夠通過(guò)預(yù)設(shè)概率密度函數(shù)（PDF）有效地解釋TCI現(xiàn)象。只當(dāng)特征化學(xué)時(shí)間尺度比混合時(shí)間尺度短時(shí)，火焰面假設(shè)才是有效的，就像在大多數(shù)相關(guān)條件下類(lèi)似柴油的燃燒一樣。
本文使用FGM燃燒模型對(duì)正十二烷燃料的ECN sprayA進(jìn)行RANS模擬。此外，由于傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為高溫非預(yù)混燃燒受限于混合過(guò)程，其進(jìn)度變量的方差很大程度上依賴(lài)于混合物的形成速度，因此進(jìn)度變量的方差經(jīng)常被忽略。本研究考慮了進(jìn)度變量的方差，類(lèi)似于預(yù)混系統(tǒng)中進(jìn)度變量的處理。
本研究的目的是為了增進(jìn)對(duì)自動(dòng)點(diǎn)火過(guò)程的了解，并揭示混合分?jǐn)?shù)的變化和進(jìn)度變量對(duì)自動(dòng)點(diǎn)火過(guò)程和火焰結(jié)構(gòu)的影響。
1、數(shù)值方法
1.1 氣象模擬
FGM (Flamelet Generated Manifolds) 模型與火焰面方法具有相同的思想，即多維火焰可被視為一維火焰的集合。FGM模型的特征還在于存儲(chǔ)和檢索過(guò)程。
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