CN113111610A - 一种新型亚格子尺度模型建立方法 - Google Patents
一种新型亚格子尺度模型建立方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113111610A CN113111610A CN202110503129.4A CN202110503129A CN113111610A CN 113111610 A CN113111610 A CN 113111610A CN 202110503129 A CN202110503129 A CN 202110503129A CN 113111610 A CN113111610 A CN 113111610A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vortex
- sub
- scale model
- lattice scale
- vortex viscosity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004215 lattice model Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/08—Fluids
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Algebra (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种新型亚格子尺度模型建立方法,包括以下步骤:S1、基于涡拉伸函数得出涡粘性系数定义;S2、依据涡粘性系数得出涡粘性亚格子尺度模型;S3、依据涡粘性系数得出动态涡粘性亚格子尺度模型。本发明所提出的基于涡拉伸函数的涡粘性系数定义,以及由此得到的涡粘性亚格子尺度模型和动态涡粘性亚格子尺度模型,比基于变形率张量的传统涡粘性亚格子尺度模型具有更明确的物理意义,能够更为准确地刻画湍流涡粘性的分布。
Description
技术领域
本发明属于计算流体力学领域,具体涉及一种新型亚格子尺度模型建立方法。
背景技术
计算流体力学(CFD)是流体力学、计算数学、计算机的交叉学科,采用计算机对流体动力学方程进行模拟,获得流体运动的力、热、频率等信息,从而为相关工业设计提供数据支持。随着计算机技术的发展,计算流体力学在航空航天、交通运输、化工、机械、能源等领域正发挥着越来越重要的作用。
流体流动分为层流和湍流两种状态。实际的流动基本都是湍流,或至少包含部分湍流。准确预测流体运动的关键是湍流模拟技术。当前的湍流模拟技术包括:雷诺平均方程(RANS)方法,大涡模拟(LES)方法和直接数值模拟(DNS)方法。其中,雷诺平均方法对计算资源需求较少,但准度较低。直接数值模拟方法准度最高,但计算开销极大,目前主要局限于简单的学术问题。大涡模拟方法,以及部分区域采用雷诺平均的LES/RANS混合方法,能够以目前的计算能力大大提升复杂湍流的模拟准度,正在迅速渗透到各个设计部门,解决了许多之前难以处理的复杂湍流问题。
湍流大涡模拟方法的基本思想是对流场中大于网格尺度的流动(“大涡”)采用控制方程直接计算求解,而对小于网格尺度的流动(“小涡”)采用亚格子尺度模型模拟。涡粘性模型通过构造湍流粘性系数来模拟亚格子尺度运动,是应用最为广泛的亚格子尺度模型。而涡粘性亚格子模型应用最广泛的是Smagorinsky模型。该模型采用局部速度场的变形率张量模值作为构造涡粘性系数的特征物理量。由于变形率张量的分布与湍流结构分布的相关性很低(一方面,在很多没有湍流的区域也存在较大变形率张量模值,另一方面,变形率张量模值大的地方,湍流强度可能很弱),使得现有模型在非湍流区域,或转捩区域产生过大的粘性耗散,从而导致湍流推迟出现或者不合理地消退。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种新型亚格子尺度模型建立方法解决了现有模型在非湍流区域和转捩区域产生过大的非物理耗散的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种新型亚格子尺度模型建立方法,包括以下步骤:
S1、基于涡拉伸函数得出涡粘性系数定义;
S2、依据涡粘性系数得出涡粘性亚格子尺度模型;
S3、依据涡粘性系数得出动态涡粘性亚格子尺度模型。
进一步地:所述步骤S1中涡粘性系数的表达式为:
Cvsv=0.25
进一步地:所述步骤S2中涡粘性亚格子尺度模型为:
Cvsv=0.25
进一步地:所述步骤S3中动态涡粘性亚格子尺度模型为:
上式中,Lij,Mij为中间变量。
进一步地:所述Mij的计算公式为:
进一步地:所述Lij的计算公式为:
上式中,ui,uj(i,j=1,2,3)为速度矢量的分量。
本发明的有益效果为:本发明所提出的基于涡拉伸函数的涡粘性系数定义,以及由此得到的涡粘性亚格子尺度模型和动态涡粘性亚格子尺度模型,比基于变形率张量的传统涡粘性亚格子尺度模型具有更明确的物理意义,能够更为准确地刻画湍流涡粘性的分布。
附图说明
图1为本发明流程图;
图2为本发明中涡粘性系数与Smagorinsky模型得到的涡粘性系数比较示意图;
图3为本发明中涡粘性亚格子尺度模型和动态涡粘性亚格子尺度模型模拟得到的湍流能量衰减以及湍流能谱分布与试验结果的比较示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示,一种新型亚格子尺度模型建立方法,包括以下步骤:
S1、基于涡拉伸函数得出涡粘性系数定义;
涡粘性系数的表达式为:
Cvsv=0.25(i)
S2、依据涡粘性系数得出涡粘性亚格子尺度模型;
涡粘性亚格子尺度模型为:
在壁面解析大涡模拟(WRLES:Wall Resolved LES)计算过程中,式(ii)需要在近壁面对滤波尺度作修正。可采用经典的Van Driest修正:
上式中,y+为基于粘性尺度的无量纲壁面法向距离。
S3、依据涡粘性系数得出动态涡粘性亚格子尺度模型。
动态涡粘性亚格子尺度模型为:
图2为本发明给出的VSV模型(式(i)和式(ii))与Smagorinsky模型得到的涡粘性系数比较。从图2中可以看出传统的Smagorinsky模型在非湍流区域给出了相当大的涡粘性系数,这是由于Smagorinsky模型所基于对变形率张量在这些区域存在较大的量值所致。而本发明所给出的涡粘性系数则较好地捕捉到了流场中湍流能量级串区域的存在。
图3为本发明给出的VSV模型(式(ii))和DVSV模型(式(iii))模拟得到的湍流能量衰减以及湍流能谱分布E(k)与试验结果的比较。从图3中可以看出本发明给出的亚格子模型能够准确捕捉湍流能量衰减和能谱演化。
Claims (6)
1.一种新型亚格子尺度模型建立方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、基于涡拉伸函数得出涡粘性系数定义;
S2、依据涡粘性系数得出涡粘性亚格子尺度模型;
S3、依据涡粘性系数得出动态涡粘性亚格子尺度模型。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110503129.4A CN113111610B (zh) | 2021-05-10 | 2021-05-10 | 一种亚格子尺度模型建立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110503129.4A CN113111610B (zh) | 2021-05-10 | 2021-05-10 | 一种亚格子尺度模型建立方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113111610A true CN113111610A (zh) | 2021-07-13 |
CN113111610B CN113111610B (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=76721377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110503129.4A Active CN113111610B (zh) | 2021-05-10 | 2021-05-10 | 一种亚格子尺度模型建立方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113111610B (zh) |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003141181A (ja) * | 2001-11-06 | 2003-05-16 | Hitachi Ltd | 乱流の解析方法,乱流の解析システム並びに乱流解析プログラム |
US20080015825A1 (en) * | 2006-07-11 | 2008-01-17 | Georgi Kalitzin | Method for computing turbulent flow using a near-wall eddy-viscosity formulation |
CN102141064A (zh) * | 2010-01-29 | 2011-08-03 | 上海东方泵业(集团)有限公司 | 空间过滤法建立湍流模型的构建方法 |
CN105069184A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-18 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种基于浸入边界法的搅拌反应釜模拟方法 |
CN106372320A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-01 | 金斯科 | 一种采用亚滤波尺度模型对公路隧道湍流进行大涡模拟的方法 |
CN106682398A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-17 | 华南理工大学 | 一种基于湍动能和湍流长度尺度截断的rans/les方法 |
CN108427822A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-08-21 | 中国农业大学 | 用于提升灌水器抗堵塞性能的漩涡洗壁优化方法 |
CN109299569A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-01 | 广州市香港科大霍英东研究院 | 一种基于相干结构的不可压缩黏性流体的大涡模拟方法 |
CN109858148A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-07 | 南京航空航天大学 | 一种基于部分滤波的湍流计算方法 |
CN110232222A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-13 | 中国石油大学(北京) | 沉积管流场分析方法及系统 |
CN110276090A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-09-24 | 广州市香港科大霍英东研究院 | 一种基于相干结构的湍流大涡模拟方法 |
CN111428424A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-07-17 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于螺旋度的亚格子涡粘模型的验证方法及装置 |
CN112131800A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-12-25 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于能流相似性的新型大涡模拟方法及装置 |
CN112412829A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-26 | 浙江理工大学 | 基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测量方法 |
CN112597710A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-02 | 武汉大学 | 一种可压缩空化流动中旋转湍流的数值模拟方法 |
-
2021
- 2021-05-10 CN CN202110503129.4A patent/CN113111610B/zh active Active
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003141181A (ja) * | 2001-11-06 | 2003-05-16 | Hitachi Ltd | 乱流の解析方法,乱流の解析システム並びに乱流解析プログラム |
US20080015825A1 (en) * | 2006-07-11 | 2008-01-17 | Georgi Kalitzin | Method for computing turbulent flow using a near-wall eddy-viscosity formulation |
CN102141064A (zh) * | 2010-01-29 | 2011-08-03 | 上海东方泵业(集团)有限公司 | 空间过滤法建立湍流模型的构建方法 |
CN105069184A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-18 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种基于浸入边界法的搅拌反应釜模拟方法 |
CN106372320A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-01 | 金斯科 | 一种采用亚滤波尺度模型对公路隧道湍流进行大涡模拟的方法 |
CN106682398A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-17 | 华南理工大学 | 一种基于湍动能和湍流长度尺度截断的rans/les方法 |
CN108427822A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-08-21 | 中国农业大学 | 用于提升灌水器抗堵塞性能的漩涡洗壁优化方法 |
CN109299569A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-01 | 广州市香港科大霍英东研究院 | 一种基于相干结构的不可压缩黏性流体的大涡模拟方法 |
CN109858148A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-07 | 南京航空航天大学 | 一种基于部分滤波的湍流计算方法 |
CN110276090A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-09-24 | 广州市香港科大霍英东研究院 | 一种基于相干结构的湍流大涡模拟方法 |
CN110232222A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-13 | 中国石油大学(北京) | 沉积管流场分析方法及系统 |
CN111428424A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-07-17 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于螺旋度的亚格子涡粘模型的验证方法及装置 |
CN112131800A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-12-25 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于能流相似性的新型大涡模拟方法及装置 |
CN112412829A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-26 | 浙江理工大学 | 基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测量方法 |
CN112597710A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-02 | 武汉大学 | 一种可压缩空化流动中旋转湍流的数值模拟方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
JOONGCHEOL PAIK等: "Numerical simulation of thermal discharges in crossflow", 《IEEE》 * |
赵晓慧等: "高超声速进气道强制转捩流动的大涡模拟", 《航空学报》 * |
邓小兵: "不可压缩湍流大涡模拟研究", 《中国博士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113111610B (zh) | 2022-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vinuesa et al. | Turbulent boundary layers around wing sections up to Rec= 1,000,000 | |
Li et al. | Nonlinear unsteady bridge aerodynamics: Reduced-order modeling based on deep LSTM networks | |
Cao et al. | Large-eddy simulations of flow past a square cylinder using structured and unstructured grids | |
Menter et al. | Transition modelling based on local variables | |
Dagnew et al. | Computational evaluation of wind loads on buildings: a review | |
Zhang et al. | Wind tunnel tests and numerical simulations of wind pressures on buildings in staggered arrangement | |
Cao et al. | Three dimensional high-order gas-kinetic scheme for supersonic isotropic turbulence I: criterion for direct numerical simulation | |
Taylor et al. | Prediction of unsteady flow around square and rectangular section cylinders using a discrete vortex method | |
CN111079310B (zh) | 一种湍流区域识别方法 | |
Wu et al. | Prediction and investigation of the turbulent flow over a rotating disk | |
CN113111608B (zh) | 一种新型局部湍流脉动生成方法 | |
Bazdidi-Tehrani et al. | Inflow turbulence generation techniques for large eddy simulation of flow and dispersion around a model building in a turbulent atmospheric boundary layer | |
CN115438598A (zh) | 基于一般时间根方尺度的雷诺应力湍流模型的数值方法 | |
Melaku et al. | Prospect of LES for predicting wind loads and responses of tall buildings: A validation study | |
Lu et al. | Flow simulation system based on high order space-time extension of flux reconstruction method | |
Epikhin | Numerical schemes and hybrid approach for the simulation of unsteady turbulent flows | |
CN113111610B (zh) | 一种亚格子尺度模型建立方法 | |
Wu et al. | A low-dimensional model for nonlinear bluff-body aerodynamics: a peeling-an-onion analogy | |
Bublík et al. | Neural-network-based fluid–structure interaction applied to vortex-induced vibration | |
CN112182909A (zh) | 一种用于工业cae方向的流动求解器建立方法 | |
Piotrowski et al. | Numerical Behaviour of a smooth local correlation-based transition model in a Newton-Krylov Flow Solver | |
Lu et al. | High order large eddy simulations for a transonic turbine blade using hybrid unstructured meshes | |
Yahyai et al. | Wind effect on milad tower using computational fluid dynamics | |
Zhang et al. | Implicit eighth-order central compact scheme for the numerical simulation of steady and unsteady incompressible Navier–Stokes equations | |
Hanson et al. | Numerical modelling of wind flow over buildings in two dimensions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |