Отрывные течения

[Yuri69 1]

Для расчетов используется стандартная SST k-omega модель турбулентности. Масштаб турбулентности Lt=0.001м=H/3000; 0.01м=H/300; 0.1м=H/30.

Уровень сходимости по невязкам 1e-4.

Fluent

Настройки решателя:

Coupled

Courant Number 20

все релаксационные параметры - по умолчанию

Discretization:

давление и турбулентные поля - Second Order

Momentum - First Order Upwind (критично для сходимости).

Результаты для Lt=0.001м:

lt_0.001.rar

Сходимость

Аэродинамические коэффициенты

Распределение скорости

Y+ на стенках

Масштаб турбулентности на результаты не влияет:

Lt, м Cd Cl

0.001 1.4594688 0.0064953141

0.010 1.4597406 0.0065527693

0.100 1.4608952 0.0065121056

Согласно экспериментам (приближенно) Cd=2, Cl=0.

=> По коэффициенту лобового сопротивления отличие 30%.

[Yuri69 1]

В батьке CFX: объемная сетка строилась вытягиванием плоской в направлении z на 0.1м, настройки решателя аналогичные.

Результаты для Lt=0.001м:

cfx.rar

Поле скорости

Solver Y+

Как видно, с Y+ не все ладно.

Коэффициенты сил на 55-й итерации:

Cd=1.3497, Cl=-0.0045059002

[sergeyd 3]

замечания.

реальный воздух (если уж моделируем внешнюю аэродинамику)

имеет турбулентность 10-15% и масштаб турб 200-300м (для морских просторов) и

50-100м в городе (а отнюдь не миллиметры и не доли процента)

считать эту задачу стационарно априори смысла особого нет. (я даже не подозревал, что вы это станете делать...)

даже для начального приближения это не особенно нужно.

Сх по экспериментам примерно 2.

что прекрасно и получается в нестационаре.

На совсем грубых сетках (10-15 тыс узлов) в стационаре у меня получалось даже ближе чем у вас (1.55-1.65)

интерес для практики больше представляет поперечная сила. ее спектр и величины.

у реальных зданий есть срезы и уступы и балконы, большеразмерные вихри не формируются. (много мелких...)

разница стационара и нестационара становится незначительной (до 10%)

Советую изучить данные бенчмарка BBARC (bluff bodу aero of rectangular cylinders), если не найдете ссылку= укажу

где полно информации для сопоставления.

[a_schelyaev 366]

Ну т.е. поставив для уравнения скорсоти 1й порядок размазали все градиенты и решение. Видимо из-за этого и дорожки Кармана нет.

[Yuri69 1]

sergeyd:

1) В доступных мне работах поток малотурбулентный, I=0.4-2%:

1. H. Noda, A. Nakayama. Free-stream turbulence effects on the instantaneous pressure and forces on cylinders of rectangular cross section // Experiments in Fluids 34 (2003) 332–344.

2. P.F. Zhang, J.J. Wang, S.F. Lu, J.Mi. Aerodynamic characteristics of a square cylinder with a rod in a staggered arrangement // Experiments in Fluids (2005) 38: 494–502.

3. Igarashi T. Drag reduction of a square prism by flow control using a small rod // J. Wind Eng Ind Aerodyn 1997. 69–71:141–153

4. Huhe- Aode, Meng Xiangyang. An experimental study of fluctuating lift on a square-section cylinder oscillating transversely in a uniform stream // ACTA MECHANICA SINICA, Vol.7, No.2, May 1991.

5. Sohankar A., L. Davidson and C. Norberg: 2000, Large Eddy Simulation of Flow Past a Square Cylinder: Comparison of Different Subgrid Scale Models // J. Fluids Engng. 122, 39–47.

6. G. Iaccarino, A. Ooi, P.A. Durbin, M. Behnia. Reynolds averaged simulation of unsteady separated flow // International Journal of Heat and Fluid Flow 24 (2003) 147–156.

7. Franke R. and Rodi W. Calculation of vortex shedding past a square cylinder with various turbulence models // 8th Symp. on Turbulent Shear Flows, p20-1. Munich, (1991).

8. B. Basara, G. Bachier and H. Schiffermuller. Calculation of vortex shedding from bluff bodies with the reynolds-stress model // Fifteenth International Conference on Numerical Methods in Fluid Dynamics. 1997. Pp 534-539. Springer Berlin / Heidelberg.

Что касается масштаба, то по данным Fluent-ирования влияние Lt мало (см. выше).

2) Пытаюсь повторить ваш опыт:

"... РЕзультаты вполне приемлемы для практики даже при шокирующе грубых сетках.

можете верить своим глазам, а можете не верить (верить давно написанным методичкам)

Уж потом можно браться за URANS (нестационарку). Мне кажется, что отличие в ваших задачах

средних интегральных значений будет непринципиальным (5-10%)..."

Пока отличие 30%...

3) Был бы признателен за ссылку на BBARC.

[sergeyd 3]

<noindex>http://www.aniv-iawe.org/barc/</noindex>

про призму я ничего не обещал. в разных задачах разные подходы

в CFX это проходит, во флюенте иные подходы.

в этих тестах размеры не 3м, а в сто раз меньше. автомодельность нарушается. зависимость от ре существует. в численном моделировании особенно.

Извините, пока без подробностей.загружен работой сверх головы. натестировался уже раньше.кому надо доказал. всем ведь все равно не докажешь.

[Yuri69 1]

Пока завхозы BBARC рассматривают мою заявку, посчитал обтекание призмы в условиях натурного ветра: I=10%, Lt=100м.

Результаты (допустимая невязка 1e-5):

1) Стационар.

Схема 1-го порядка для конвективных членов:

Распределение TKE в части следа несимметричное (?)

"Accumulated Timestep","Monitor Point: Cxa","Monitor Point: Cya"

...

12,1.4381,-0.023159999

13,1.4414999,-0.028509

14,1.4450999,-0.029529

15,1.4481,-0.026822999

16,1.4505,-0.021439999

17,1.4522001,-0.01465

18,1.4534,-0.0077257999

19,1.454,-0.0017526

20,1.4542,0.0025182001

21,1.454,0.0047400999

22,1.4535,0.004981

Предсказание Cxa улучшилось.

Схема 2-го порядка:

За 100 итераций невязки не опустились ниже 1e-5, однако коэффициенты сил стабилизировались.

Cya колеблется как в нестационарном расчете (на рисунке это мало заметно)

"Accumulated Timestep","Monitor Point: Cxa","Monitor Point: Cya"

...

93,1.4878,-0.031606998

94,1.4879,-0.042915002

95,1.488,-0.047244001

96,1.4881999,-0.043692

97,1.4881999,-0.032641001

98,1.4881999,-0.015755

99,1.4881001,0.0043143998

100,1.488,0.024305001

Cxa еще чуть поднялся, отличие от 2 составляет 25%. Видимо, пора переходить на нестационар...

[Yuri69 1]

2) Нестационар. Схема 2-го порядка точности по времени, шаг интегрирования dt=0.01c=0.04H/V.

Обработкой получаем:

средние Cxa_mean=1.839, Cya_mean=0.030;

пульсационные Cxa_puls=0.036, Cya_puls=1.050;

число Струхаля Sh=f*H/V=0.131

(T=1/f=H/V/Sh=1.9с, т.е. на период изменения Cya приходилось 190 шагов интегрирования)

Это, напомню, для Re=2.5e6.

Согласно экспериментам (меньшие числа Рейнольдса и малотурбулентный поток):

Источник___Re____I,%__Cxa_mean__Cxa_puls___Cya_puls___Sh

[1]______68900___0.2____2.164_______0.207_____1.180____0.131

[10]_____176000__<2____2.040_______0.230_____1.230____0.122

[11]_____100000__<2____2.050_______0.170_____1.320____0.118

Здесь

10. B.E.Lee. J.Fluid Mech., 69:263–282, 1975.

11. B.J.Vickery. J.Fluid Mech., 25:481–494, 1966.

Видимо, можно считать, что Cxa_mean, Cya_puls и Sh воспроизводятся удовлетворительно (отличия 10-15%)...

Ищутся данные высокорейнольдсовых продувок натурным ветром!

[sergeyd 3]

поработайте с сеткой и моделями турб. будет еще точнее. не стоило тратить время на стационар для этой задачи.

продувку натурным ветром сделали год назад в волгограде.... дооформлю свои расчеты моста= вывешу для желающих как бенчмарк.(есть расчеты датчан МДисВихрей и продувки ЦАГИ=но у них только амплитуды перемещений)

струхаль и средние значения воспроизвелись хорошо. с амплитудами сложнее.

Изучите статьи BARC открыто имеющиеся в интернете.

[Yuri69 1]

Во Флюенте при стационарном расчете Turbulent Viscosity Ratio зашкаливает за 1e6, но решение все же сходится и похоже на полученное в CFX.

В нестационаре дорожка Кармана не хочет развиваться ((-

Здесь повторить результаты CFX пока не удается...

[sergeyd 3]

[В нестационаре дорожка Кармана не хочет развиваться ((-

Здесь повторить результаты CFX пока не удается...

как начальные условия задаете? стартуйте с еще не сошедшегося стационара. я вообще задаю

иногда начальные условия как для пустой трубы. решение достаточно быстро устанавливается правильно

или задайте маленькую боковую скорость помимо продольной. вариантов масса.

пробую несколько= если амплитуды получаются примерно близкие= значит годится.

струхаль как правило получается без проблем.