3D URANS + k-e и турбулентность

[Bonusfrag 104]

Решается некоторая задача, при этом используются трехмерные нестационарные осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса (3D URANS), для замыкания используется классическая k-e модель.

Какую информацию о турбулентности при этом можно вытащить?

Понятно, что сразу встает вопрос - что такое турбулентность?

Вот интересная <noindex>ссылка.</noindex>

Поэтому предлагаю в данном обсуждении органичиться тем, что это совокупность вихрей (от очень маленьких, не разрешенных сеткой, до очень больших, разрешенных сеткой).

Т.к. вопрос относится к задаче смешивания, то наибольший интерес составляют размеры вихрей (спектр размеров?) и пульсации скорости.

По идее, и то, и другое можно выразить через турбулентную энергию k - но вопрос, а что это будут за величины...?

Вот есть статья : <noindex>http://www.inm.ras.ru/laboratory/direct2.htm</noindex>

на первой картинке некое сравнени. Видимо, зависимость от времени.

Но там приводится RANS. А если речь именно о URANS, то это будет уже не прямая линия, как на той картинке.

Или всё это бред, и из 3D URANS можно получить только осредненные характеристики течения (скорости), а про турбулентность можно забыть??

[n-r 62]

Решается некоторая задача, при этом используются трехмерные нестационарные осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса (3D URANS), для замыкания используется классическая k-e модель.

Какую информацию о турбулентности при этом можно вытащить?

Или всё это бред, и из 3D URANS можно получить только осредненные характеристики течения (скорости), а про турбулентность можно забыть??

По-моему, с точки зрения модели турбулентности, нет никакой разницы, моделируете вы RANS или URANS, там нет никаких вихрей в самой модели. Вы можете посмотреть турбулентную вязкость, турбулентную кинетическую энергию (k), турбулентную энергию диссипации (e).

[Bonusfrag 104]

По-моему, с точки зрения модели турбулентности, нет никакой разницы, моделируете вы RANS или URANS, там нет никаких вихрей в самой модели. Вы можете посмотреть турбулентную вязкость, турбулентную кинетическую энергию (k), турбулентную энергию диссипации (e).

Вот могу я как-то из этих параметров вытянуть характерный (средний?) размер турбулентного "вихря"?

Когда создавал тему, то был некий сумбур,

сейчас есть более конкретные вопросы:

Вот пара картинок:

из первой - RANS все моделирует, LES часть считает, часть моделирует.

из второй - LES часть считает, часть моделирует, URANS очень узкую часть считает, остальное моделирует.

Вот как численно охарактеризовать эту полосу, которую URANS считает?

[a_schelyaev 371]

А что это за эксперимент?

[n-r 62]

Конкретно на последний вопрос не могу ответить. Что касается в общем вашего вопроса: Вот могу я как-то из этих параметров вытянуть характерный (средний?) размер турбулентного "вихря"?

Я думаю, что вряд ли есть однозначная зависимость между k-e и размером вихря, иначе бы об этом было много написано в соответствующей литературе, я лично ничего подобного не встречал. Но если вы раскопаете что-то такое, буду благодарен, если поделитесь.

[Bonusfrag 104]

А что это за эксперимент?

Пробой в воздухе, доклад про который Вы видели на конференции.

Пытаюсь из тех данных вытянуть информацию о генерируемой турбулентности, да и в целом - понять, что к чему.

Вот, например, пишут в книгах/статьях, что при URANS измельчение пространственно-временного масштаба до какой-то величины повышает качество получаемого счета, делая результат более подробным, а начиная с еще меньшего пространственно-временного масштаба влияние оказывается только на сходимость.

Вот как эти границы опознать?

Отдельный вопрос - как в URANS определяется период осреднения? Это фишка каждого отдельного пакета? Или величина зависит от задачи? можно ли как-то этот период определить?

[a_schelyaev 371]

Я думаю, что вряд ли есть однозначная зависимость между k-e и размером вихря, иначе бы об этом было много написано в соответствующей литературе, я лично ничего подобного не встречал. Но если вы раскопаете что-то такое, буду благодарен, если поделитесь.

Ну, вообще-то, размер или масштаб вихря входит в параметр модели. Тут главное заподло кроется в том, что модель турбулентности, как правило, является подсеточной. Если все вихри разрешить сеткой, то и модель становится не особо нужна.

[a_schelyaev 371]

Пробой в воздухе, доклад про который Вы видели на конференции.

Я про приведенные тобой картинки со спектрами.

Вот, например, пишут в книгах/статьях, что при URANS измельчение пространственно-временного масштаба до какой-то величины повышает качество получаемого счета, делая результат более подробным, а начиная с еще меньшего пространственно-временного масштаба влияние оказывается только на сходимость.

Вот как эти границы опознать?

Это зависит от конкретной реализации в конкретном коде для конкретной схемы аппроксимации. Уверен, что универсальных советов с конкретикой ты не найдешь.

А так все по старинке - смотри сходимость по сетке и шагу интегрирования.

Отдельный вопрос - как в URANS определяется период осреднения? Это фишка каждого отдельного пакета? Или величина зависит от задачи? можно ли как-то этот период определить?

Однозначно фишка пакета. Есть например, пакеты, где присутствует дробный шаг интегрирования в каждой ячейке.

[HFL 34]

Вот как численно охарактеризовать эту полосу, которую URANS считает?

Посмотрите вот <noindex>эту статью</noindex> Ментера c товарищем о SAS-модели которая является развитием URANS (точнее BSL)

Чтобы корректно (физично) разрешать спектральные характеристики там применяются дополнительные источниковые члены на основе характерного масштаба фон Кармана. Синтетика на синтетике так сказать.

[Bonusfrag 104]

Ну, вообще-то, размер или масштаб вихря входит в параметр модели. Тут главное заподло кроется в том, что модель турбулентности, как правило, является подсеточной. Если все вихри разрешить сеткой, то и модель становится не особо нужна.

Вот да. В том числе этот момент интересен.

В FV можно указывать начальные/граничные параметры турбулентности через такой параметр, как масштаб турбулентности. Ну я и предположил, что можно из полного решения - из турб.энергии и диссипации - сделать обратное преобразование, получив распределение этого масштаба турбулентности на слой.

Вроде что-то получил... Осталось опонять, что это ? :) Предположил, что это средний масштаб мелких диссипационных вихрей, которые не разрешаются сеткой....

//короче, мутно...

Я про приведенные тобой картинки со спектрами.

Это из учебника. А.Ю. Снегирёв -

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

В ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ

Там чуть ранее приводится такая же картинка, к ней указывается, что это спектр в следе за цилиндром.

Ментера почитаю. Спасибо.

Мне попалась интересная статья

A. Travin, M.Shur, P. Spalart, and M. Strelets - ON URANS SOLUTIONS WITH LES-LIKE BEHAVIOUR // Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering - ECCOMAS 2004

- ссылку не найду, но за неё я зацепился, и начал раскручивать для себя понимание URANS

[Bonusfrag 104]

Если все вихри разрешить сеткой, то и модель становится не особо нужна.

Я тоже так думал, что беру шаг по времени помельче и сетку помельче, и сразу убиваю двух зайцев: и всё разрешаю хорошо, и сходимость не надо исследовать. Возможно, проигрываю в скорости счета, но это не особо важно.

А после недавно прочитанных статей делаю вывод, что это не совсем верное мнение.

Не совсем ясно, если я возьму одинаково мелкую сетку для URANS и LES, с одинаково мелким шагом по времени буду считать, то насколько разные будут результаты?

Вот еще одна картинка из той же книги. К сожалению, автор не указал, какие использованы сетки.

Одинаковые или разные. Разные не имеет смысла сравнивать.

Но далее для рис.27 указано, что для другого моделирования сравниваются разные сетки. 0.2*е6 URANS vs 4.2*e6 LES. Имхо это бессмысленно...

Вообще, получается, от софта зависит, какой результат в URANS я получу: близкий к RANS (если усредняется по значительному интерваалу времени) или близкий к LES (если усредняется по малому интервалу).

К сожалению, у меня нету той версии, в которой появилась LES )) Так бы уже сравнил)

[n-r 62]

Ну я и предположил, что можно из полного решения - из турб.энергии и диссипации - сделать обратное преобразование, получив распределение этого масштаба турбулентности на слой.

Вроде что-то получил... Осталось опонять, что это ? :) Предположил, что это средний масштаб мелких диссипационных вихрей, которые не разрешаются сеткой....

Будьте аккуратнее, вряд ли вы первый этим озаботились, если не найдете что-то похожее в статьях, то лучше скептически отнеситесь к этому обратному преобразованию.

[HFL 34]

Будьте аккуратнее, вряд ли вы первый этим озаботились, если не найдете что-то похожее в статьях, то лучше скептически отнеситесь к этому обратному преобразованию.

Видимо имеется ввиду определение длины пути смешения по локальным характеристикам полученным из более сложной URANS модели. Масштаб при этом оценивается с точностью плюс-минус порядок. Кроме того URANS обычно даёт нефизичный одномодовый "спектр" (пример как раз есть в выше приведенной статье Ментера ).

Ну и если говорить о самой модели смешения то константа Кармана константой в общем то не является .

[Doomed 0]

Хотел бы уточнить, что РАНС модели называются моделями с осреднением не потому, что в процессе счета какие то параметры усреднялись, а потому, что для вывода самих уравнений, решаемых в модели, величины скорости, давления и т.д. представлялись как сумма среднего и пульсационного, а потом пульсационное отбрасывалось и получались уравнения с уже заложеным усреднением. Таким образом, получить пульсационные параметры потока, в том числе турбулентные вихри, с помошью РАНС уравнений нельзя.

SAS модель Ментера - это искуственное внесение в уравнения переноса турбулентной частоты w члена-источника турбуленных пульсаций. Это уже чистая математика, которая с физикой пересекается весьма косвенно.

С другой стороны, если вы хотите просто оценить масштабы турбулентых вихрей, то, согласно теории Колмогорова в турбуленности присутствуют все масштабы, начиная от самого крупного, размер которого определяется характерным геометрическим размером области, до самого мелкого, равного масштабу диссипации энергии в тепло за счет трения.

[Bonusfrag 104]

Хотел бы уточнить, что РАНС модели называются моделями с осреднением не потому, что в процессе счета какие то параметры усреднялись, а потому, что для вывода самих уравнений, решаемых в модели, величины скорости, давления и т.д. представлялись как сумма среднего и пульсационного, а потом пульсационное отбрасывалось и получались уравнения с уже заложеным усреднением. Таким образом, получить пульсационные параметры потока, в том числе турбулентные вихри, с помошью РАНС уравнений нельзя.

Если я использую не RANS, а URANS с очень мелкой сеткой и малым шагом по времени - я смогу получить пульсации или нет? Или всё равно что-то отбросится, т.е. по другому спрошу: именно в URANS (а не в RANS) к чему приводит улучшение пространственно-временного разрешения?

С другой стороны, если вы хотите просто оценить масштабы турбулентых вихрей, то, согласно теории Колмогорова в турбуленности присутствуют все масштабы, начиная от самого крупного, размер которого определяется характерным геометрическим размером области, до самого мелкого, равного масштабу диссипации энергии в тепло за счет трения.

У меня есть конкретный объект, который приводит, по видимому, к совокупности неустойчивостей: Релея-Тейлора и, возможно, Мешкова-Рихтмайера <noindex>(клац)</noindex>. Вероятно, вихри, обусловленные этими процессами преобладают, и задача - определить характерные размеры. Т.е. предполагается, что в спектре турбулетности будет характерный максимум.

[Гость suvorov.as]

Если я использую не RANS, а URANS с очень мелкой сеткой и малым шагом по времени - я смогу получить пульсации или нет?

Получится, но лишь для масштабов сопоставимых с геометрией.

[Bonusfrag 104]

Получится, но лишь для масштабов сопоставимых с геометрией.

Вот эти картинки - они 100% для одинакового пространственно-временного разрешения ???

[Гость suvorov.as]

Вот эти картинки - они 100% для одинакового пространственно-временного разрешения ???

Не факт. Но я сам хочу несколько тестов на эту тему самостоятельно посмотреть.

[Doomed 0]

Вот эти картинки - они 100% для одинакового пространственно-временного разрешения ???

Как помнится, эти картинки из презентации и там вопросы сеток и шагов по времени просто не указывались...

Если я использую не RANS, а URANS с очень мелкой сеткой и малым шагом по времени - я смогу получить пульсации или нет?

Вы не сможете получить турбулентные пульсации. А вот если есть пульсайции средней величины скорости, давления и т.п. - то их можно описать RANS моделями. Например, получить турбулентне пульсации скорости при смешении потоков в Т-образном соединении с помошью RANS нельзя (за исключением SST-SAS), а вот дорожку Кармана при обтекании цилиндра - вполне.

Сам не считал, но на конференции видел выступление женщины, она на SST модели считала ударные волны в газопроводе при резком закрытии клапана. И вроде все получалось. Но она использовала модель сжимаемой среды(идеальный газ). Так что, возможно и вам посчитать эти

Релея-Тейлора и, возможно, Мешкова-Рихтмайера

неустойчивости, но придется(как мне кажется) использовать модели сжимаемых сред. Изменено 1 сентября 2012 пользователем Doomed

[Гость suvorov.as]

Как помнится, эти картинки из презентации и там вопросы сеток и шагов по времени просто не указывались...

Это help CFX