CFD經驗漫談+湍流初步

CFD經驗漫談及湍流?；醪紺FD的基本流程前處理建模Autocad,CATIA,UG,Solidworks網格生成Gridgen,ICEM-CFD,Gridpro求解器設置計算參數后處理TecplotEnsight網格類型結構網格多塊對接網格多塊重疊網格非結構網格笛卡爾網格網格劃分原則1.第一層網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30-2002.網格法向間距拉伸率工程應用:r<1.25~1.3科學研究: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.流向網格間距RANS計算:找感覺。個人經驗，Re=10e.6,單位長的壁面附近布置80+點足夠GridindependentStudy:粗中細三套網格，比較結果(特別是摩阻)LES計算：理想LES三方向的網格間距應相當法向與RANS相當，流向deltax+,deltaz+~8000(Spalart)，但不得超過邊界層厚度/20GridRefinementStudy4.網格品質要求正交性物面網格線垂直于壁面空間網格線正交軟件帶有網格正交化功能 光滑性疏密過渡要平緩考慮流場特性流動變化劇烈的區域，如激波、分離區域局部加密ExamplesGridindependentStudyy+(1)大小的影響求解器求解參數時間步長隱式求解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，計算穩定后逐漸提高構造函數，使時間步長自動緩慢增長設置合理初場使用當地時間步技術限制器無激波，無需限制器，否則會引入不必要的粘性出現激波，限制器順序minmod(高Mach),Smooth,VanAlbada,doubleminmod(低Mach)推薦應用多重網格，極大加速收斂，并促進計算穩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錯誤數組別都放棧里，建議用動態數組建議學習一個開源代碼，希望編程模塊化，輸入輸出接口標準化，參數設置簡單化計算環境使用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象。湍流：極不規則的流動現象。葛飾北齋(1760—1849)：神奈川巨浪歌川広重(1797—1858)：鳴門的風浪藝術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捩：減少阻力燃燒強化湍流：加強擴散噪聲抑制湍流：降噪氣象預測大氣湍流湍流的研究意義目的：預測和控制湍流雷諾實驗湍流的形成雷諾數：層流湍流O.Reynolds(1842-1912)層流向湍流的發展過程

階段一：當Re很小時，流體規則地流過圓柱

階段二：

隨著Re增加，尾渦不斷增大

階段三：經過Re閥值后，變為極不規則的運動

雷諾數：湍流的特征

特征一：不規則性射流

特征二：湍流脈動的尺度具有寬廣的范圍

特征三：擬序結構。剪切湍流存在擬序結構湍流脈動并非完全不規則的隨機過程有序大尺度結構包含于不規則脈動中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，遠場尾流平均剪切固壁均勻和各向同性平移幾何構形平移加轉動幾何構形均勻：任意n點的空間幾何構形在空間平移時，脈動量的n階相關函數不變。均勻各向同性：任意n點的空間幾何構形在空間平移和剛體轉動時，脈動量的n階相關函數不變。均勻：脈動量的任意階統計相關函數和坐標系的平移無關。均勻各向同性：脈動量的任意階統計相關函數和坐標系的平移和剛體轉動無關。四階統計相關函數不變均勻各向同性湍流格柵湍流，實驗結果實驗中采用的格柵均勻各向同性湍流的數值模擬結果壁湍流：槽道流，圓管流，邊界層湍流自由剪切湍流：射流，混合層，遠場尾流湍流的基本方程湍流的多尺度有結構不規則運動屬于宏觀流體運動，即使最小Kolmogorov尺度也遠遠大于分子自由程Reynolds(1886):連續介質假設下仍然滿足牛頓定律，即N-S控制方程，并由此導出統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Navier-StokesEquationReynoldsAverageO.Reynolds(1895)對上式平均，因為注意到因此雷諾應力本質不是應力，而是湍流對流的平均顯現，