CN116579271A - 基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置 - Google Patents

基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116579271A
CN116579271A CN202310856771.XA CN202310856771A CN116579271A CN 116579271 A CN116579271 A CN 116579271A CN 202310856771 A CN202310856771 A CN 202310856771A CN 116579271 A CN116579271 A CN 116579271A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wall
grid
turbulence
function
wall surface
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
Application number
CN202310856771.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN116579271B (zh
Inventor
袁先旭
毕林
罗灿炎
杜昊
孟爽
李雪亮
陈浩
唐志共
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Computational Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Original Assignee
Computational Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Computational Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center filed Critical Computational Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority to CN202310856771.XA priority Critical patent/CN116579271B/zh
Publication of CN116579271A publication Critical patent/CN116579271A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116579271B publication Critical patent/CN116579271B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

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

本申请公开了一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法、装置、终端设备和存储介质，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。

Description

基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置
技术领域
本申请属于流体力学技术领域，尤其涉及一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法、装置、终端设备和存储介质。
背景技术
笛卡尔网格下以虚拟单元为代表的一类浸入边界处理方法近些年在可压缩无粘流动、粘性层流、湍流模拟中逐渐发展。该方法允许物面与网格相交，通过几何外形将整体网格单元分为：流场单元，相交单元和内部的虚拟单元，其不需要对壁面附近的网格进行处理，保留了笛卡尔网格的灵活性。物面边界条件定义在虚拟单元上，求解器通过虚拟点处的外推值感知浸入边界的存在。该类方法在无粘以及雷诺数不大的流动中已经发展成熟，但由于湍流边界层具有多层次、非线性，虚拟单元流场值需要合理构造，另外湍流模拟通常需要结合不同的湍流求解方法。
相对于直接数值模拟、大涡模拟来说，基于雷诺平均Reynolds Averaged Navier-Stokes，RANS）的湍流模拟在精度和效率之间做到了很好的平衡，依然是工程上运用最为广泛的湍流模拟手段。RANS中的涡黏性模型构造简单、计算量较小，且对于复杂湍流的模拟具有一定的精度。涡黏性模型通常被称作N方程模型，其中N为输运方程的数目。常用的有零方程Baldwin-Lomax模型（BL模型）；以精度和鲁棒性闻名的一方程模型Spalart-Allmaras模型（SA模型）；以及应用广泛的两方程K-ε模型、K-ω模型和SST混合模型。KDO（TurbulentKinetic Energy Dependent Only）湍流模型是通过平板 DNS 数据对模型标定而来，从代数模化湍流耗散率和构造自适应Bradshaw函数出发，构造出一个仅依赖湍动能K输运方程的求解模型，其中湍动能和雷诺应力之比能够根据当地流动条件进行自适应调节。相比于传统的湍流模型，一方程的KDO湍流模型具有结构简单、计算代价小、精度高等优点，同时体现出很高的一体性：其中的可压缩von Karman尺度在不可压缩情况下退化为原von Karman尺度，可处理不可压缩/可压缩并存、大尺度分离等复杂问题，并且其中的雷诺应力本构关系可一体化计算转捩-湍流问题。
为了减少时间和计算成本，即使是RANS类湍流模拟时，往往带有壁面函数，目前主流商业软件在工程湍流模拟应用中默认采用壁面函数方法。湍流壁面函数是一类通过平板边界层理论分析推导而来的经验公式，采用壁面函数可以大幅放宽近壁第一层网格的尺度，从而减少网格量达到加速计算和收敛的效果。传统的湍流壁面函数基于贴体网格提出，在其求解过程直接应用壁面边界条件，这在非贴体网格下难以满足。因此，考虑到笛卡尔网格的非贴体性，需要对传统的壁面函数边界构造进行相应修正，以适用于非贴体笛卡尔网格下的湍流模拟。
如何为实现KDO模型与壁面函数方法匹配耦合是目前急需解决是问题。
发明内容
本申请意在提供一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法、装置、终端设备和存储介质，以解决现有技术中存在的不足，本申请要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
第一个方面，本申请实施例提供一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法，所述方法包括：
获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；
根据所述壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；
根据所述雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能。
可选地，所述方法还包括：
在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值。
可选地，所述在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值，包括：
确定虚拟单元距离物面的网格距离；
若所述网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件。
可选地，所述若所述网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件，包括：
通过参考点的流场信息，构造虚拟单元的流场值；
根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，其中，所述约束条件至少包括法向无穿透，底部压力为常数，以及修正物面相交网格。
可选地，所述根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，包括：
对于虚拟单元处的湍动能，当壁面函数采用无滑移边界条件时，确定物面湍动能为零的条件；
若壁面函数方法采用壁面切应力恒定的切向速度线性构造，则通过虚拟单元的对应参考点进行外插得到。
可选地，所述根据所述雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，包括：
在应用壁面函数方法中，通过Spalding壁面函数，修正第一层网格或者壁面处的湍流粘性；
对y + 和u +求导，得到近壁湍流粘性系数与壁面层流粘性系数的关系式：
；
修正相交网格的湍动能变量，式中y + 为与壁面间的无量纲垂向距离，u + 为无量纲切向速度，为Karman常数，B为常数5.5，μt为湍流粘性系数，μw为壁面粘性系数；1为常数；
根据获得的湍流粘性，定义粘性比r=μ t /μ，通过结构系综理论计算高保真标定湍动能，具体为：
；
；
式中：下标w表示壁面量，ρ w 为壁面密度、τ w 为壁面剪切应力，得到无量纲数K + ;μ为动力粘性系数；1为常数；
通过公式，得到第一层网格处的湍动能，其中，K为第一层网格处的湍动能。
第二个方面，本申请实施例提供一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正装置，所述装置包括：
获取模块用于获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；
修正模块，用于根据所述壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；
确定模块，用于根据所述雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能。
可选地，所述修正模块用于：
在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值。
可选地，所述修正模块用于：
确定虚拟单元距离物面的网格距离；
若所述网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件。
可选地，所述修正模块用于：
通过参考点的流场信息，构造虚拟单元的流场值；
根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，其中，所述约束条件至少包括法向无穿透，底部压力为常数，以及修正物面相交网格。
可选地，所述修正模块用于：
对于虚拟单元处的湍动能，当壁面函数采用无滑移边界条件时，确定物面湍动能为零的条件；
若壁面函数方法采用壁面切应力恒定的切向速度线性构造，则通过虚拟单元的对应参考点进行外插得到。
可选地，所述确定模块用于：
在应用壁面函数方法中，通过Spalding壁面函数，修正第一层网格或者壁面处的湍流粘性；
对y + 和u +求导，得到近壁湍流粘性系数与壁面层流粘性系数的关系式：
；
修正相交网格的湍动能变量，式中y + 为与壁面间的无量纲垂向距离，u + 为无量纲切向速度，为Karman常数，B为常数5.5，μt为湍流粘性系数，μw为壁面粘性系数；1为常数；
根据获得的湍流粘性，定义粘性比r=μ t /μ，通过结构系综理论计算高保真标定湍动能，具体为：
；
；
式中：下标w表示壁面量，ρ w 为壁面密度、τ w 为壁面剪切应力，得到无量纲数K + ;μ为动力粘性系数；1为常数；
通过公式，得到第一层网格处的湍动能，其中，K为第一层网格处的湍动能。
第三个方面，本申请实施例提供一种终端设备，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机程序；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现第一个方面提供的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法。
第四个方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现第一个方面提供的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法。
本申请实施例包括以下优点：
本申请实施例提供的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法、装置、终端设备和存储介质，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例中一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法流程示意图；
图2为本申请一实施例中湍动能标定图示意图；
图3为本申请一实施例中不同网格尺度下流场和网格图示意图；
图4为本申请一实施例中不同网格尺度下摩阻分布图示意图；
图5是本申请的一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正装置实施例的结构框图；
图6是本申请的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请一实施例提供一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法，用于对壁面函数进行修正。本实施例的执行主体为基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正装置，设置在终端设备上，例如，终端设备至少包括计算机终端等。
参照图1，示出了本申请的一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法实施例的步骤流程图，该方法具体可以包括如下步骤：
S101、获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；
具体地，终端设备获取笛卡尔网格的壁面函数，该笛卡尔网格是基于直角坐标系。
S102、根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；
具体的，KDO模型只求解湍动能K方程并代数封闭ε，其雷诺主应力的关系式为：
以此推导出涡黏性系数计算公式为：
式中S为应变率，湍流强度比R b 在本申请中的笛卡尔网格下的标定为：
；
式中为湍流雷诺数，d为当地距壁面最短距离。
KDO湍流模型的控制方程如下：
；
其中Ω为涡量，生成项：
；
其中耗散项：
；
式中L vk 为冯卡门尺度，当Re k <10，
；
；
当Re k ≥10，
；
；至此笛卡尔网格下KDO模型完成封闭。
S103、根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能。
具体地，KDO模型在笛卡尔网格下针对壁面函数所作修正，其主要思路是：根据不同壁面函数公式获得的相交网格的湍流粘性，可获得壁面上的等效雷诺剪切应力，进而获得该网格上的湍动能。
一方程的KDO模型仅需求解未知项最少的湍动能K方程，本申请针对壁面函数，创新性的对KDO模型壁面边界进行了修正，修正来自经典平板边界层DNS数据，通过结构系综理论公式实现了高保真标定。该处理方式可直接导出KDO模型湍动能的近壁修正，同时本实现方法构造简单、鲁棒性好、计算量小、精度高。
本申请实施例的笛卡尔网格下KDO湍流模型耦合壁面函数方法具有以下效果优点：
一方程KDO模型仅需要修改湍动能方程，本方法构造简单，使用方便。
该方法实现了平板湍动能高保真修正，特别契合KDO湍流模型本身的构造思想，能够消除壁面函数和湍流模型之间的匹配误差。
鲁棒性好，不依赖于其他壁面量，仅仅依靠湍流粘性比，程序有无量纲表达式一致。
该方法也可以适用于基于湍动能的两方程模型，如K-ε和K-ω模型，将得到的湍动能结合原模型湍流变量的本构关系即可得到其余湍流量。
该方法适用但不局限于笛卡尔网格下的使用，当采用贴体结构网格壁面函数计算时，标定公式可以当作壁面或者第一层的等效湍动能计算。
在笛卡尔程序中测试典型算例，选取平板T3b，来流Ma=0.2，基于1.6m板长的雷诺数Re=1×106，在y + 约为100、50、25左右的网格下进行测试，流场图如图3所示。
程序中速度以来流无量纲，可以看到不同网格尺度下该方法均可较好捕捉边界层厚度，说明该方法适用性较强。定量的结果如图3所示，不同网格尺度下摩阻均与实验结果匹配较好，进一步说明了该方法的可行性。
如图4所示，可以看出本申请采用的新式KDO模型继承了简单、鲁棒、高效等优点，同时对于非贴体笛卡尔网格下的壁面函数具有更好的匹配性，有利于消除匹配误差。
本申请实施例提供的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。
本申请又一实施例对上述实施例提供的自适应笛卡尔网格数据结构做进一步补充说明。
可选地，该方法还包括：
在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值。
可选地，在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值，包括：
确定虚拟单元距离物面的网格距离；
若网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件。
可选地，若网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件，包括：
通过参考点的流场信息，构造虚拟单元的流场值；
根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，其中，约束条件至少包括法向无穿透，底部压力为常数，以及修正物面相交网格。
在非贴体的笛卡尔网格中，不能直接定义壁面边界条件，需要通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值。通过找虚拟单元距离物面一定网格距离下的参考点是一种常用的笛卡尔网格下壁面函数构造方式。通过参考点的流场信息构造虚拟单元的流场值，利用壁面函数的一些基本假设满足壁面法向无穿透，底部压力为常数等条件。但湍流变量还需要修正物面相交网格来提供湍流方程的边界条件。
可选地，根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，包括：
对于虚拟单元处的湍动能，当壁面函数采用无滑移边界条件时，确定物面湍动能为零的条件；
若壁面函数方法采用壁面切应力恒定的切向速度线性构造，则通过虚拟单元的对应参考点进行外插得到。
具体地，对于虚拟单元处的湍动能，当壁面函数采用无滑移边界条件时，则同样保证物面湍动能为零的条件；若壁面函数方法采用保证壁面切应力恒定的切向速度线性构造，则可以通过虚拟单元的对应参考点进行外插得到。
可选地，根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，包括：
在应用壁面函数方法中，通过Spalding壁面函数，修正第一层网格或者壁面处的湍流粘性；
具体地，Spalding壁面函数公式如下：
；
其是对速度进行泰勒级数展开得到，将该公式进行y+对u+求导，得到近壁湍流粘性系数与壁面层流粘性系数的关系式：
；
修正相交网格的湍动能变量，式中y + 为与壁面间的无量纲垂向距离，u + 为无量纲切向速度，为Karman常数有，B为常数5.5，μt为湍流粘性系数，μw为壁面粘性系数；此处式中为数字1，即1为常数。
根据获得的湍流粘性，定义粘性比r=μ t /μ，通过结构系综理论计算高保真标定湍动能，具体为：
；
；
式中：下标w表示壁面量，ρ w 为壁面密度、τw为壁面剪切应力，得到无量纲数K +；μ为动力粘性系数；1为常数。
上述公式同样为数字1，但有不同的解释。此处用到“阶函数”，是由北大佘振苏教授提出的概念，是一种基于对称性的理论——结构系综动力学（一种量化复杂系统多层结构的理论）。该理论表明，多层结构可以用乘积形式的阶函数来描述，如：
;
公式中出现的ai、bi、ci代表阶函数对应位置处标定的常系数。对应位置出现的不同数字刻画不同的曲线规律，故此处标定的数字1没有省略。
最后的/>则是一个限制器，保证K+非负。
通过公式，得到第一层网格处的湍动能，其中，K为第一层网格处的湍动能。
具体地，(1) 应用壁面函数方法中，往往需要修正第一层网格或者壁面处的湍流粘性，以Spalding壁面函数为例，将公式中y + 对u + 求导，可以得到近壁湍流粘性系数与壁面层流粘性系数的关系式：
；
(2) 然后修正相交网格的湍动能变量，按上一步获得的湍流粘性，定义粘性比r=μ t /μ，通过结构系综理论计算高保真标定湍动能;
；
式中下标w表示壁面量，ρ w 为壁面密度、τ w 为壁面剪切应力，得到无量纲数K + ；K为第一层网格处的湍动能；μ为动力粘性系数；1为常数；f（r）表示r的一个函数，用于与下一个公式联立计算。
如图2所示，标定的公式与平板DNS数据（Schlatter and Orlu, 2010）对比见上图，通过公式即可得到第一层网格处的湍动能。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请实施例所必须的。
本申请实施例提供的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。
本申请另一实施例提供一种笛卡尔网格下的壁面距离的计算装置，用于执行上述实施例提供的自适应笛卡尔网格数据结构。
参照图5，示出了本申请的一种笛卡尔网格下的壁面距离的计算装置实施例的结构框图，该装置具体可以包括如下模块：获取模块501、修正模块502和确定模块503，其中：
获取模块501用于获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；
修正模块502用于根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；
确定模块503用于根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能。
本申请实施例提供的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正装置，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。
本申请又一实施例对上述实施例提供的笛卡尔网格下的壁面距离的计算装置做进一步补充说明。
可选地，修正模块用于：
在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值。
可选地，修正模块用于：
确定虚拟单元距离物面的网格距离；
若网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件。
可选地，修正模块用于：
通过参考点的流场信息，构造虚拟单元的流场值；
根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，其中，约束条件至少包括法向无穿透，底部压力为常数，以及修正物面相交网格。
可选地，修正模块用于：
对于虚拟单元处的湍动能，当壁面函数采用无滑移边界条件时，确定物面湍动能为零的条件；
若壁面函数方法采用壁面切应力恒定的切向速度线性构造，则通过虚拟单元的对应参考点进行外插得到。
可选地，确定模块用于：
在应用壁面函数方法中，通过Spalding壁面函数，修正第一层网格或者壁面处的湍流粘性；
对y + 和u +求导，得到近壁湍流粘性系数与壁面层流粘性系数的关系式：
；
修正相交网格的湍动能变量,式中y + 为与壁面间的无量纲垂向距离，u + 为无量纲切向速度，为Karman常数，B为常数5.5，μt为湍流粘性系数，μw为壁面粘性系数；1为常数；
根据获得的湍流粘性，定义粘性比r=μ t /μ，通过结构系综理论计算高保真标定湍动能，具体为：
;
；
式中：下标w表示壁面量，ρ w 为壁面密度、τ w 为壁面剪切应力，得到无量纲数K + ；μ为动力粘性系数；1为常数；
通过公式，得到第一层网格处的湍动能，其中，K为第一层网格处的湍动能。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请实施例提供的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正装置，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。
本申请再一实施例提供一种终端设备，用于执行上述实施例提供的自适应笛卡尔网格数据结构。
图6是本申请的一种终端设备的结构示意图，如图6所示，该终端设备包括：至少一个处理器601和存储器602；
存储器存储计算机程序；至少一个处理器执行存储器存储的计算机程序，以实现上述实施例提供的自适应笛卡尔网格数据结构。
本实施例提供的终端设备，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。
本申请又一实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现上述任一实施例提供的自适应笛卡尔网格数据结构。
根据本实施例的计算机可读存储介质，通过获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；根据壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；根据雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，基于一方程KDO模型发展与壁面函数更为匹配的新式模型，可以更好地符合非贴体笛卡尔网格的数值求解特征，具有构造简单、鲁棒性好、计算量小的特征，可用于开展CFD壁面函数湍流研究。
应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法，其特征在于，所述方法包括：
获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；
根据所述壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；
根据所述雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在非贴体的笛卡尔网格中，通过虚拟单元构造与所述虚拟单元对应的流场值，包括：
确定虚拟单元距离物面的网格距离；
若所述网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若所述网格距离满足预设条件，则根据满足预设条件的参考点确定壁面函数的边界条件，包括：
通过参考点的流场信息，构造虚拟单元的流场值；
根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，其中，所述约束条件至少包括法向无穿透，底部压力为常数，以及修正物面相交网格。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据壁面函数的参考点，设置壁面的约束条件，包括：
对于虚拟单元处的湍动能，当壁面函数采用无滑移边界条件时，确定物面湍动能为零的条件；
若壁面函数方法采用壁面切应力恒定的切向速度线性构造，则通过虚拟单元的对应参考点进行外插得到。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能，包括：
在应用壁面函数方法中，通过Spalding壁面函数，修正第一层网格或者壁面处的湍流粘性；
对y + 和u +求导，得到近壁湍流粘性系数与壁面层流粘性系数的关系式：
；
其中：y + 为与壁面间的无量纲垂向距离，u + 为无量纲切向速度，为Karman常数，B为常数，μt为湍流粘性系数，μw为壁面粘性系数；1为常数；
修正相交网格的湍动能变量；
根据获得的湍流粘性，定义粘性比r=μ t /μ，通过结构系综理论计算高保真标定湍动能，具体为：
；
；
式中：下标w表示壁面量，ρw为壁面密度、τw为壁面剪切应力，得到无量纲数K+；μ为动力粘性系数；1为常数；
通过公式，得到第一层网格处的湍动能，其中，K为第一层网格处的湍动能。
7.一种基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取基于笛卡尔网格下的壁面函数；
修正模块，用于根据所述壁面函数的等效湍流粘性，获得壁面上的等效雷诺剪切应力；
确定模块，用于根据所述雷诺剪切应力，得到当前笛卡尔网格的湍动能。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块用于：
在应用壁面函数方法中，通过Spalding壁面函数，修正第一层网格或者壁面处的湍流粘性；
对y + 和u +求导，得到近壁湍流粘性系数与壁面层流粘性系数的关系式：
；
其中：y + 为与壁面间的无量纲垂向距离，u + 为无量纲切向速度，为Karman常数，B为常数，μt为湍流粘性系数，μw为壁面粘性系数；1为常数；
修正相交网格的湍动能变量；
根据获得的湍流粘性，定义粘性比r=μ t /μ，通过结构系综理论计算高保真标定湍动能，具体为：
；
；
其中：下标w表示壁面量，ρ w 为壁面密度、τ w 为壁面剪切应力，得到无量纲数K + ；μ为动力粘性系数；1为常数；
通过公式，得到第一层网格处的湍动能，其中，K为第一层网格处的湍动能。
9.一种终端设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机程序；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现权利要求1-6中任一项所述的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1-6中任一项所述的基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法。
CN202310856771.XA 2023-07-13 2023-07-13 基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置 Active CN116579271B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310856771.XA CN116579271B (zh) 2023-07-13 2023-07-13 基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310856771.XA CN116579271B (zh) 2023-07-13 2023-07-13 基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116579271A true CN116579271A (zh) 2023-08-11
CN116579271B CN116579271B (zh) 2024-03-29

Family

ID=87534555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310856771.XA Active CN116579271B (zh) 2023-07-13 2023-07-13 基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116579271B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116776044A (zh) * 2023-08-22 2023-09-19 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种湍流壁面函数模型计算方法及装置
CN117272874A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 流场计算方法、装置、终端设备和介质
CN117390775A (zh) * 2023-12-13 2024-01-12 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种粘性笛卡尔网格生成方法、设备、介质及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003089570A2 (en) * 2001-11-02 2003-10-30 Structural Genomix, Inc. CRYSTALS AND STRUCTURES OF CMP-KDO SYNTHETASE KdoPS or CKS
WO2006038901A1 (en) * 2004-10-04 2006-04-13 Lykhovyd Yuriy M Planetary gear transmission
US20180014427A1 (en) * 2016-07-08 2018-01-11 Schneider Electric It Corporation Zero-equation turbulence models for large electrical and electronics enclosure applications
CN113468679A (zh) * 2021-09-06 2021-10-01 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种基于s-a模型的湍流长度尺度计算方法
CN114996866A (zh) * 2022-05-12 2022-09-02 北京理工大学 一种用于射流式脉冲发动机内部的数学模型和离散方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003089570A2 (en) * 2001-11-02 2003-10-30 Structural Genomix, Inc. CRYSTALS AND STRUCTURES OF CMP-KDO SYNTHETASE KdoPS or CKS
WO2006038901A1 (en) * 2004-10-04 2006-04-13 Lykhovyd Yuriy M Planetary gear transmission
US20180014427A1 (en) * 2016-07-08 2018-01-11 Schneider Electric It Corporation Zero-equation turbulence models for large electrical and electronics enclosure applications
CN113468679A (zh) * 2021-09-06 2021-10-01 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种基于s-a模型的湍流长度尺度计算方法
CN114996866A (zh) * 2022-05-12 2022-09-02 北京理工大学 一种用于射流式脉冲发动机内部的数学模型和离散方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
彭腾飞: "《基于部分平均的可压缩湍流模型数值研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116776044A (zh) * 2023-08-22 2023-09-19 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种湍流壁面函数模型计算方法及装置
CN116776044B (zh) * 2023-08-22 2023-11-07 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种湍流壁面函数模型计算方法及装置
CN117272874A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 流场计算方法、装置、终端设备和介质
CN117272874B (zh) * 2023-11-22 2024-02-20 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 流场计算方法、装置、终端设备和介质
CN117390775A (zh) * 2023-12-13 2024-01-12 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种粘性笛卡尔网格生成方法、设备、介质及系统
CN117390775B (zh) * 2023-12-13 2024-02-27 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种粘性笛卡尔网格生成方法、设备、介质及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN116579271B (zh) 2024-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116579271B (zh) 基于笛卡尔网格下对壁面函数的修正方法及装置
CN104899380B (zh) 一种基于蒙特卡洛模拟的边坡稳定可靠度敏感性分析方法
Wang et al. Predicting urban heat island circulation using CFD
Cheng et al. A direct discontinuous Galerkin method for the compressible Navier–Stokes equations on arbitrary grids
Morgenthal et al. An immersed interface method for the Vortex-In-Cell algorithm
Prasad et al. Numerical simulation of free surface flows around shallowly submerged hydrofoil by OpenFOAM
CN109299569B (zh) 一种基于相干结构的不可压缩黏性流体的大涡模拟方法
Bulíček et al. On steady flows of incompressible fluids with implicit power-law-like rheology
Knupp et al. A framework for variational grid generation: conditioning the Jacobian matrix with matrix norms
CN110188875A (zh) 一种小样本数据预测方法及装置
Osusky et al. Results from the Fifth AIAA Drag Prediction Workshop obtained with a parallel Newton-Krylov-Schur flow solver discretized using summation-by-parts operators
CN116029179B (zh) 燃料电池流道结构的数值模拟方法、装置和计算机设备
Chidyagwai et al. On the coupling of finite volume and discontinuous Galerkin method for elliptic problems
Cheng et al. A high order compact least-squares reconstructed discontinuous Galerkin method for the steady-state compressible flows on hybrid grids
CN114880890A (zh) 一种远场边界条件多窗口处理方法、设备及介质
Hoshyari et al. A higher-order unstructured finite volume solver for three-dimensional compressible flows
Fidkowski Output-based mesh optimization for the embedded discontinuous Galerkin method
Poe et al. A Low-Dissipation Optimization-Based Gradient Reconstruction (OGRE) Scheme for Finite Volume Simulations
van den Boogaard Solving the integral boundary layer equations with a discontinuous Galerkin method
An-Vo et al. High-order upwind methods based on C2-continuous two-node integrated-RBF elements for viscous flows
CN116070071B (zh) 壁面函数的选择方法、装置、终端设备及存储介质
Glawe et al. XLES Part II: from extended large eddy simulation to ODTLES
Qiu et al. RKDG with WENO type limiters
Ye et al. Study of hydrofoil boundary layer transition using different turbulence models
Brown A Computational Method for Determining Distributed Aerodynamic Loads on Planforms of Arbitrary Shape in Compressible Subsonic Flow

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