LES大渦模擬的案例
【CAE案例】燃料棒組件LES大渦模擬
測試是在2.4 m.s-1的流速和20℃的流動溫度下進行的，實驗的參考雷諾數為66000，滿足求解器測試湍流狀態下的模擬結果。
圖2：裝配葉片的混合格柵的結構視圖
計算使用的網格為結構化網格，共包含4200萬個六面體單元。雖然網格創建復雜且耗時，但網格質量非常重要，不能引入不適用于LES的網格單元造成數值耗散。計算驗證了對數壁函數幾乎在任何地方都有效，除了格柵中的某些符合LES壁建模的y+要求的位置（全局y+>20）。周期性的頂部和底部也是結構化的網格。
圖3：帶格柵部分（左）和裸束區（右）網格
根據先前對單一燃料棒模擬的經驗，選擇大渦模擬（Large Eddy Simulation，LES）模型作為湍流模型。
展開 [案例分析]基于商用軟件FLUENT的LES（大渦模擬）計算教學
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LES設置算例，然而。。。木有找到，因此就想做一個基于商用軟件FLUENT的LES教程。
選擇FLUENT的原因是因為目前大多數童鞋都比較喜歡使用FLUENT來進行流動數值模擬。鑒于FLUENT的受歡迎程度以及初學者們的需求，本文就基于FLUENT做一次LES計算的教程。
適宜人群：想學習LES計算、流動非定常計算、FLUENT的筒子們
文主使用的軟件：ICEM CFD15.0、FLUENT 15.0
算例：二維（2D）圓柱擾流計算
First Step：前處理
前處理用一句話來概括就是：準備計算網格！
網格這一塊不是LES計算的重點，因為任何計算都要畫網格，因此建議童鞋們可以參考其他教程單獨學習畫網格，本教程只作簡單的介紹。
由于圓柱擾流問題比較簡單，因此可以直接在ICEM上畫，思想是：由點構成線，再由線構成面。
步驟是：
先給出幾何點（比如圓柱的圓心、流域的邊界點）；
通過點連線，最終得到面（如下圖所示）
到這里就可以畫網格了，可以使用非結構網格劃分或者結構化網格劃分，兩種網格FLUENT均能計算。
文主一般比較喜歡用結構化網格，所以在這里展示一下如何畫結構化網格。
展開 Comsol大渦模擬煙霧破碎耗散
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</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?
展開 使用OpenFOAM的實用大渦仿真（LES）（英文，全套案例） ￥15
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比較 LES 結果與 k-ω SST RANS 以評估準確性和計算成本
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應用工程問題中墻體解析與壁面建模 LES 在工程問題中的指導
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描述
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大渦仿真（LES）是一種先進的湍流建模方法，能夠在建模較小尺度的同時解析大尺度湍流結構。
展開 
實操視頻合集 I CFD、Fluent、STAR-CCM+在能源行業的應用，限時分享！
小編為大家整理了一期能源軟件操作視頻合集，讓我們一起來看看CFD仿真是如何應用在能源行業的吧~
內容包含油氣分離、汽輪機、燃氣輪機、天然氣、大渦模擬、離心機等方面，應用Fluent、STAR-CCM+、CFX、CFD等軟件，免費分享給大家，希望對大家有幫助~
內容目錄
1
Fluent天然氣多組分輸運
2
Fluent、LES大渦模擬有意思的流動非定常性
3
水平軸風力渦輪機（HAWT）運動參考系+周期邊界
4
基于Fluent的離心泵葉輪空化模擬
5
油水分離器模擬
6
離心風機STAR CCM+仿真操作
7
基于 STAR CCM+的燃氣輪機氣動仿真分析
8
渦流破碎：煤粉燃燒
9
STARCCM+可壓縮流：氣輪機后處理
10
多相流：自適應網格油箱晃動
11
Ansys CFX仿真計算汽輪機轉速
12
利用Ansys的渦輪靜態結構仿真
13
Centrifugal Pump離心泵葉輪CFD仿真最詳細最全教程_ANSYS 2020
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展開 Fluent仿真實例-大渦模擬大風吹過圓柱體的噪聲
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 【原創案例】WorkBench平臺下兩圓柱雙向流固耦合案例
選擇LES大渦模擬，給定介質材料為水，并設置邊界條件，采用速度入口、outflow出口。
（3）動網格區域設置。采用Smoothing動網格方法，并設定兩圓柱面為System Coupling邊界。
（4）時間步控制。設置瞬態時間步為0.00002s。
二、結構求解設置
（1）網格劃分。抑制流體區域網格，對結構網格進行劃分，并重命名。
（2）約束和邊界設置。對兩端圓柱面施加固定約束，對圓柱面定義流固耦合面。
（3）求解設置。設置求解時間步等信息。
三、流固耦合System Coupling設置
（1）耦合求解時間設置。包括時間步，總計算時間等。
（2）定義流固數據傳遞。共4組，流體向固體傳遞力的數據，固體向流體傳遞位移數據。
（3）定義流、固計算順序。先計算流體，后計算結構。
四、仿真結果
（1）截面網格
（2）截面速度
（3）渦
（4）圓柱變形和振動
展開 基于XFLOW大渦模擬的CAARC標準高層風洞試驗模擬
?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 CFD理論|大渦模擬
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 Comsol 5.4更新
不過粗略看了下，這個編譯后的文件會比較大，至少幾百M。如果可以把運行環境獨立出來可能會更好。相信后續應該會做些改進。
02 復合材料模塊
終于增加了復合材料模塊。
通過為具有數十或數百層的結構提供一系列預處理和后處理工具，可以對復合材料層壓板進行建模。將復合材料模塊與分層殼體的新功能相結合。
對微型揚聲器膜片準確建模意義重大。當然這個新模塊的表現怎么樣，咱們拭目以待。
下圖是采用新型復合材料模塊分析層壓復合風力渦輪機葉片。
03 其他功能更新
可以自定義著色方案分配給幾何模型。這樣看起來更直觀，選擇域或邊界是也更方便。
下圖是一個3D感應電機的幾何模型。
聲學方面，新增的非線性Westervelt選項允許對具有高聲壓級的壓力聲學進行建模。
流體方面，終于增加了LES大渦模擬功能。還增加了用于多相流的全新FSI接口。
展開 STAR-CCM+ | 潛艇CFD大渦模擬
計算策略
為了加速大渦模擬計算收斂，這里分兩步進行：
首先利用SST
k-w進行穩態計算，開啟的物理模型如下圖所示：
△ 穩態計算物理模型
當穩態計算收斂后，開啟大渦模擬，利用
Smagorinsky亞格子模型開張瞬態計算，瞬態計算物理模型如下圖所示。時間離散采用二階格式，時間步長設置為0.05 s，內迭代步數為10，最大計算物理時間為10 s。
△ 瞬態計算物理模型
計算結果
本文模擬的工況點是航速10節，通過大渦模擬得到的潛艇阻力約為277 N，對應的實驗結果為283.3 N，相對誤差為2.2%，精度還是相當不錯的。
△ 潛艇阻力監測圖
下圖為潛艇航行過程的速度云圖。
△ 速度云圖
本文到此結束，有興趣的同學可以下載對應的模型，練練手！
百度網盤鏈接：https://pan.baidu.com/s/1wjdtIU62VfTsAj8Oq-_p0A?pwd=iswh
提取碼：iswh
文章來源：CFD日記
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介紹 Fidelity CharLES - 加速、準確的大渦模擬
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，所以我們得到的答案是值得的。
從那次實習開始，我就對 LES 很感興趣。我什至繼續寫了一篇關于 LES 湍流建模的論文。當時我和我的導師所采用的方法并沒有引起全世界的關注，但一個非常重要的結論多年來一直困擾著我：傳統的渦粘性方法基于物理上不切實際的假設，引入了太多的人為因素擴散到 LES 的流體域中作為工程工具特別有效。通常，經過良好校準的 RANS 模型在預測體積工程量（例如升力和阻力）時會優于傳統的 LES 模型?？尚械?LES必須能夠將長度比例縮小到網格分辨率本身的數量級。
當我第一次看到 Cascade Technologies 團隊在 2021 年的 NVIDIA GTC 上展示他們的 CharLES 流解算器時，我知道我正在尋找一些特別的東西。從飛機機翼上拖下來的清晰、高分辨率的尾流看起來像我在學術實驗之外見過的任何東西。它看起來幾乎像 DNS！作為渦流粘度的標志的常見拖尾和扭曲流動拓撲結構均不可見。無論這些人在做什么，我都知道必須有所不同。
圖 1：帶有高升力裝置的機翼上的氣流表明 Fidelity CharLES 不是您祖父的 LES
加入 Cadence 后不久，我很高興地發現我們正在獲得這項引人入勝的技術。
展開 航空發動機內流全場流動的大渦模擬
因此，一種對湍流流動時間、空間尺度均足夠精確的大渦模擬方法（LES）在業界逐步推廣，成為目前分析航空發動機內部氣動熱力特征的先進工具之一。
然而，航空發動機各部件之間的氣動熱力狀態，包括溫度、壓力、馬赫數（Ma）、雷諾數(Re)等，差異極大，導致多部件耦合的氣動熱力仿真除了要具備寬速域、可壓縮的求解方法外，還須結合實際物理特征，建立恰當的數學模型。在葉輪機械中，葉片表面邊界層轉捩、分離以及通道中二次流、端壁間隙流是主要流動現象，因此數值仿真中須建立恰當的湍流模型與近壁面條件；在燃燒室中，大尺度旋流、剪切與回流用于強化燃料與空氣摻混與穩定火焰，因此數值仿真中須充分評估流動、混合與化學反應時間尺度的差異，建立微尺度下流動與燃燒耦合作用的燃燒模型。當前，上述主要計算方法在各部件的獨立仿真中均有著長足發展、日趨成熟。例如，法國歐洲科學計算研究中心（CERFACS）在2009年開展了環形燃燒室大渦模擬，在2019開展了3級壓氣機的大渦模擬。
進入21世紀以來，為進一步提高發動機整機內流的認識，科學研究率先嘗試進行了發動機整機氣動熱力流場的仿真。2003—2006年，斯坦福大學針對PW6000整機內流開展仿真計算，在其研究中，采用可壓縮的雷諾時間平均方法（URANS）模擬壓氣機和渦輪內流，采用不可壓縮大渦模擬方法模擬燃燒室流動。這一嘗試在當時是突破性的技術研究，但是由于需要在旋轉部件與燃燒室之間進行仿真方法的切換，導致部件之間的湍流特征時間尺度并不一致，因此該工作所開展的多部件耦合仿真，只是幾何流道耦合，而不是流場的物理過程耦合。
最近10年，大規模高性能并行計算技術的快速發展為發動機整機耦合仿真帶來了新的契機。
展開 【資料】FLUENT大渦模擬及聲學分析官方實例
fluent噪聲培訓資料(上11).pdf
高層建筑大渦模擬的一般流程及典型案例
何為大渦模擬？
在上一篇文章CFD在土木工程中的應用系列（二）——淺談脈動風速入口生成方法中，Ton君已經描述了大渦模擬（LES）的一般概念。所謂大渦模擬，實際上是一種湍流模型。在CFD求解過程中，我們希望將研究問題求解得越清楚詳細越好，這樣就需要捕捉流體行為的細節。下圖1摘自文獻Thordal M S, Bennetsen J C, Koss H H H. Review for practical application of CFD for the determination of wind load on high-rise buildings[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2019, 186: 155-168。由圖可以看出，直接數值模擬（DNS）理論上能夠求解能譜的所有波段，能夠捕捉到最小的旋渦，但是DNS計算需要足夠精細的網格和超強的計算能力，目前在科研領域也僅適用于低雷諾數計算，在工程領域的應用則更加鳳毛麟角。在高層建筑抗風研究中，得到建筑表面風壓時程是至關重要的。CFD作為風洞試驗的輔助乃至替代手段，必須能夠解析建筑表面風荷載的隨機時程序列。鑒于此，雷諾平均（RANS）方法并不適用于研究此類問題，因為RANS方法從原理上無法求解流場的隨機脈動成分，僅在求解平均流場和平均風荷載方面有一定的適用性。大渦模擬（LES）的求解尺度鑒于二者之間，顧名思義，大渦模擬僅求解“大渦”，對于“小渦”則采用亞格子模型求解。
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