CFD經(jīng)驗漫談+湍流初步

CFD經(jīng)驗漫談及湍流模化初步CFD的基本流程前處理建模Autocad,CATIA,UG,Solidworks網(wǎng)格生成Gridgen,ICEM-CFD,Gridpro求解器設(shè)置計算參數(shù)后處理TecplotEnsight網(wǎng)格類型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多塊對接網(wǎng)格多塊重疊網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格笛卡爾網(wǎng)格網(wǎng)格劃分原則1.第一層網(wǎng)格距壁面的距離層流計算:y(1)~1/sqrt(Re)湍流計算:y+<1壁函數(shù)30-2002.網(wǎng)格法向間距拉伸率工程應(yīng)用:r<1.25~1.3科學(xué)研究:r<1.2，ideal:r<1.1拉伸不是無休止的，deltay到邊界層厚度/10停止(大約位于邊界層中心)3.流向網(wǎng)格間距RANS計算:找感覺。個人經(jīng)驗，Re=10e.6,單位長的壁面附近布置80+點(diǎn)足夠GridindependentStudy:粗中細(xì)三套網(wǎng)格，比較結(jié)果(特別是摩阻)LES計算：理想LES三方向的網(wǎng)格間距應(yīng)相當(dāng)法向與RANS相當(dāng)，流向deltax+,deltaz+~8000(Spalart)，但不得超過邊界層厚度/20GridRefinementStudy4.網(wǎng)格品質(zhì)要求正交性物面網(wǎng)格線垂直于壁面空間網(wǎng)格線正交軟件帶有網(wǎng)格正交化功能 光滑性疏密過渡要平緩考慮流場特性流動變化劇烈的區(qū)域，如激波、分離區(qū)域局部加密ExamplesGridindependentStudyy+(1)大小的影響求解器求解參數(shù)時間步長隱式求解LUSGS,LU-ADI:CFL=5~10顯式求解Runge-Kutta:Dt很小情況變化(Mach提高，高級湍流模型)，收斂困難手工減小時間步長，計算穩(wěn)定后逐漸提高構(gòu)造函數(shù)，使時間步長自動緩慢增長設(shè)置合理初場使用當(dāng)?shù)貢r間步技術(shù)限制器無激波，無需限制器，否則會引入不必要的粘性出現(xiàn)激波，限制器順序minmod(高M(jìn)ach),Smooth,VanAlbada,doubleminmod(低Mach)推薦應(yīng)用多重網(wǎng)格，極大加速收斂，并促進(jìn)計算穩(wěn)定無粘通量空間計算方法RoeAUSM非定常計算Dt<delta/UmaxNaN錯誤非物理解修正StackOverflow錯誤數(shù)組別都放棧里，建議用動態(tài)數(shù)組建議學(xué)習(xí)一個開源代碼，希望編程模塊化，輸入輸出接口標(biāo)準(zhǔn)化，參數(shù)設(shè)置簡單化計算環(huán)境使用Linux編譯器使用intelfortran/C++如有可能，盡量拋棄Windows使用Linux，辦公效率提高幾十倍！對新生寄予厚望什么是湍流？LeonardodaVinci(1452-1519)在水中放置障礙物后觀察流動現(xiàn)象。湍流：極不規(guī)則的流動現(xiàn)象。葛飾北齋(1760—1849)：神奈川巨浪歌川広重(1797—1858)：鳴門的風(fēng)浪藝術(shù)家筆下的湍流云層自然界的湍流河流香煙的煙霧海浪減阻控制轉(zhuǎn)捩：減少阻力燃燒強(qiáng)化湍流：加強(qiáng)擴(kuò)散噪聲抑制湍流：降噪氣象預(yù)測大氣湍流湍流的研究意義目的：預(yù)測和控制湍流雷諾實驗湍流的形成雷諾數(shù)：層流湍流O.Reynolds(1842-1912)層流向湍流的發(fā)展過程

階段一：當(dāng)Re很小時，流體規(guī)則地流過圓柱

階段二：

隨著Re增加，尾渦不斷增大

階段三：經(jīng)過Re閥值后，變?yōu)闃O不規(guī)則的運(yùn)動

雷諾數(shù)：湍流的特征

特征一：不規(guī)則性射流

特征二：湍流脈動的尺度具有寬廣的范圍

特征三：擬序結(jié)構(gòu)。剪切湍流存在擬序結(jié)構(gòu)湍流脈動并非完全不規(guī)則的隨機(jī)過程有序大尺度結(jié)構(gòu)包含于不規(guī)則脈動中F.N.M.Brown,A.Roshko,1974湍流的分類均勻各向同性湍流剪切湍流：壁湍流：槽道流，圓管流，邊界層湍流自由剪切湍流：射流，混合層，遠(yuǎn)場尾流平均剪切固壁均勻和各向同性平移幾何構(gòu)形平移加轉(zhuǎn)動幾何構(gòu)形均勻：任意n點(diǎn)的空間幾何構(gòu)形在空間平移時，脈動量的n階相關(guān)函數(shù)不變。均勻各向同性：任意n點(diǎn)的空間幾何構(gòu)形在空間平移和剛體轉(zhuǎn)動時，脈動量的n階相關(guān)函數(shù)不變。均勻：脈動量的任意階統(tǒng)計相關(guān)函數(shù)和坐標(biāo)系的平移無關(guān)。均勻各向同性：脈動量的任意階統(tǒng)計相關(guān)函數(shù)和坐標(biāo)系的平移和剛體轉(zhuǎn)動無關(guān)。四階統(tǒng)計相關(guān)函數(shù)不變均勻各向同性湍流格柵湍流，實驗結(jié)果實驗中采用的格柵均勻各向同性湍流的數(shù)值模擬結(jié)果壁湍流：槽道流，圓管流，邊界層湍流自由剪切湍流：射流，混合層，遠(yuǎn)場尾流湍流的基本方程湍流的多尺度有結(jié)構(gòu)不規(guī)則運(yùn)動屬于宏觀流體運(yùn)動，即使最小Kolmogorov尺度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子自由程Reynolds(1886):連續(xù)介質(zhì)假設(shè)下仍然滿足牛頓定律，即N-S控制方程，并由此導(dǎo)出統(tǒng)計平均值滿足的方程，即雷諾平均N-S方程湍流的基本方程N(yùn)avier-StokesEquationReynoldsAverageO.Reynolds(1895)對上式平均，因為注意到因此雷諾應(yīng)力本質(zhì)不是應(yīng)力，而是湍流對流的平均顯現(xiàn)，