Может ли дорожка Кармана проявляться в несжимаемой среде?

[Fedor 1 628]

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Karman_Vortex_Street_Off_Cylinder.ogvлюди как-то получают другие картинки...

[ccc44 53]

люди как-то получают другие картинки..

 

 

Re=50000. Вихри должны отрываться. Забыл включить нестационарный режим. Ну, с анимацией, конечно проблемы. (SW Flow Simulation).

[Fedor 1 628]

По логике в силу вязкости и  должно  оторваться не ровно столько сколько необходимо, а с прилипанием. То есть в зоне отрыва должно возникать разряжение и несимметричные давления. Которые , видимо,  и раскачивают дерево лежащее в воде поперек течения... :)

Попробуйте нарисовать траектории движения частиц. На картинке из википедии похоже они рисуются...

Изменено 11 ноября 2015 пользователем Fedor

[German_psv 20]

В плоской за месяц можно))

 

Плоская задача. Во Фуенте обдуваю нормальным потоком со скоростью 5м/с пластину (600мм) с закруглениями на концах.

Использую LES-модель. Высота первого слоя сетки 5 микрон (темп 1.1), квадратные сточные элементы вокруг пластины 1мм на расстоянии 200м. К краям расчетной области (4м на 7м)  размер элементов увеличивается до 5 мм.

Сетка получилась небольшая  на 2 млн элементов.

Нестационарный солвер, шаг 0.0001с. Распараллеливание на 48 ядер с общей памятью.

 

Делаю прогон до установления дорожки кармана в течение 2-суток (100 тыс шагов 10 секунд модельного вемени).

Затем еще 2 суток записываю в файл Lift-силу, действующую на пластину. 

После этого вычисляю тут же во Флуенте, используя его опции, график Lift=f(Струхаль)

Для отрывных вихрей Струхаль как обычно  равен примерно 0.2

 

Так что на плоской задаче посчитать реально в приемлемые сроки.

[ccc44 53]

Попробуйте нарисовать траектории движения частиц. На картинке из википедии похоже они рисуются...

 

Это и есть траектории, проходящие через вертикальную линию за цилиндром, для данного момента времени:

Расчет идет 30 сек.

[ccc44 53]

Это и есть траектории

Пардон, это линии тока. Некорректный перевод в SW16. В нестационарном течении, как известно, траектории частиц с линиями тока не совпадают.

[a_schelyaev 371]

Господи, полвека все считали дорожку Кармана обычными URANS и тут вдруг им LES понадобился.

[etcartman 23]

У меня для воды и 5 сантиметрового бревна более менее реальная картина (с параболическим последействием) устанавливается минут через 5.

Вероятно вода более инертна или типа того.

Но дорожка Кармана вроде совсем простая задача, почти что тестовая и решается в общем случае за несколько минут в принципе безо всяких моделей в сравнительно простой программе на фортране. Или может я что то не понимаю.

 

Изменено 11 ноября 2015 пользователем etcartman

[Fedor 1 628]

"Вероятно вода более инертна или типа того" - сомнительно, чтобы плотность воды в речке особо менялась. Скорее уж на глаз определенный диаметр и скорость потока. Спасибо, теперь хоть знаю что интуиция не подвела при объяснении внукам :)

Все равно зимой планирую пройтись на лыжах и поспиливать упавшие в речку деревья , чтобы не мешали туристическому судоходству и спиннинг не мешали бросать :)

Изменено 11 ноября 2015 пользователем Fedor

[etcartman 23]

Я думаю что у меня вихри не срываются, потому что параметры нелинейного расчета так подстроены по умолчанию (как выше говорилось - демпфирование и т.д.). Расчет сходится подозрительно быстро.

Изменено 11 ноября 2015 пользователем etcartman

[HFL 34]

Я думаю что у меня вихри не срываются, потому что параметры нелинейного расчета так подстроены по умолчанию (как выше говорилось - демпфирование и т.д.). Расчет сходится подозрительно быстро.

Как может "сходиться" нестационарный расчет ?   Ну разве что частота срыва вихрей на постоянное значение выходит.

У меня для воды и 5 сантиметрового бревна более менее реальная картина (с параболическим последействием) устанавливается минут через 5.

Вероятно вода более инертна или типа того.

Но дорожка Кармана вроде совсем простая задача, почти что тестовая и решается в общем случае за несколько минут в принципе безо всяких моделей в сравнительно простой программе на фортране. Или может я что то не понимаю.

 

Кстати только сейчас обратил внимание. А почему у вас ГУ на верхней и нижней границе - стенка с прилипанием ?

В такой конфигурации дорожка Кармана зачастую не развивается из за диссипации вихрей в погранслое канала (сие зависит от соотношения поперечного размера канала и диаметра цилиндра)  

Изменено 11 ноября 2015 пользователем HFL

[etcartman 23]

В общем всегда когда я на форумах задаю п

 

Как может "сходиться" нестационарный расчет ?   Ну разве что частота срыва вихрей на постоянное значение выходит.

 

Чет гдет напортачил. Может шагов мало.

Но в данном случае я не пытаюсь научиться решать подобные задачи (тем более с помощью открытого софта который априори предполагает знание темы выше среднего) а просто пытаюсь понять физику данного явления. Вернее связь физики и математики

Когда инженерам такие вопросы задаешь - они начинают отвечать в духе LES там или еще какая то модель (или программа). На уровне - кнопочку нажми и что то получи. А я не уверен что срыв вихрей вообще явление как то связанное с турбулентностью.

И вообще если на то пошло - не разу не видел чтобы в CFD просто вменяемо воспроизвели простейший график Cx для цилиндра с учетом шероховатости из СНиПа или Еврокода.

Вот кстати хорошее видео

https://youtu.be/Eh_vOcXazaU?t=1m52s

Изменено 11 ноября 2015 пользователем etcartman

[HFL 34]

Господи, полвека все считали дорожку Кармана обычными URANS и тут вдруг им LES понадобился.

Топикстартер спросил  про "реальные задачи" 

[HFL 34]

В общем всегда когда я на форумах задаю п

 

 

Чет гдет напортачил. Может шагов мало.

Но в данном случае я не пытаюсь научиться решать подобные задачи (тем более с помощью открытого софта который априори предполагает знание темы выше среднего) а просто пытаюсь понять физику данного явления. Вернее связь физики и математики

Когда инженерам такие вопросы задаешь - они начинают отвечать в духе LES там или еще какая то модель (или программа). На уровне - кнопочку нажми и что то получи. А я не уверен что срыв вихрей вообще явление как то связанное с турбулентностью.

И вообще если на то пошло - не разу не видел чтобы в CFD просто вменяемо воспроизвели простейший график Cx для цилиндра с учетом шероховатости из СНиПа или Еврокода.

Вот кстати хорошее видео

https://youtu.be/Eh_vOcXazaU?t=1m52s

На мой быстрый и поверхностный взгляд сетка грубовата. (Особенно для LES  )

 

All the complexity in CFD comes from trying to compute complex flows on coarse grids. © Phil Roe

 

 

PS: Про турбулентность мы пока даже и не начинали говорить   (ну разве что в реплике про "LES vs URANS") 

Изменено 11 ноября 2015 пользователем HFL

[Fedor 1 628]

Турбулентность связана с потерей устойчивости движения, как и  дорожка Кармана. По моему это очевидно... Кроме того, насколько помню, Рейнольдс и придумал свое число чтобы определять когда начнется турбулентность. Где то читал, что его оборудование сохранили в музее в Нью-Йорке  в помещении где он и проводил свои опыты. Решили повторить. Турбулентность в трубе начиналась раньше чем у Рейнольдса. Долго ломали головы, потом смекнули, что рядом по улице ходит трамвай, которого во времена Рейнольдса не было. Он создает возмущения из за которых и начинается процесс потери устойчивости раньше. Проделали ночью когда трамваи не ходили и получили результаты как у Рейнольдса :)

Изменено 11 ноября 2015 пользователем Fedor

[etcartman 23]

Я понимаю модели турбулентности (по аналогии например с другими задачами механики, которыми владею получше) как способ осреднения результата для получения решения нужного в том или ином случае. Какой именно результат нужен практически я наверно понимаю даже получше многих CFDистов (из практики проектирования и расчета сооружений на ветер - башен, мачт и тд)

А точное решение - есть ли оно вообще, знает только Отелбаев Мухтарбай Отелбаевич, за историей с которым я тоже периодически поглядываю.

Моя собственная гипотеза (основанная ни на чем или на личных размышлениях в сортире) что практически турбулентность все таки не может быть полностью смоделирована в рамках Навье Стокса, даже если бы и существовал четкий математический аппарат для решения этой системы уравнений. 

А вот дорожка по моему все таки просто следует из Стокса, через какие то там синусоиды - и это достаточно стаблильное движение а не хаотичное.

То есть дорожка по моему мнению - это аналог потери устойчивости в статике (притом что в численном расчете несовершенства легко получаются от сеток или даже ошибок округления). В то время как турбулентность что то ближе к механике разрушения, то есть это нечто другое чем просто Стокс с его вариациями.

Изменено 11 ноября 2015 пользователем etcartman

[HFL 34]

Я понимаю модели турбулентности (по аналогии например с другими задачами механики, которыми владею получше) как способ осреднения результата для получения решения нужного в том или ином случае. Какой именно результат нужен практически я наверно понимаю даже получше многих CFDистов (из практики проектирования и расчета сооружений на ветер - башен, мачт и тд)

А точное решение - есть ли оно вообще, знает только Отелбаев Мухтарбай Отелбаевич, за историей с которым я тоже периодически поглядываю.

Моя собственная гипотеза (основанная ни на чем или на личных размышлениях в сортире) что практически турбулентность все таки не может быть полностью смоделирована в рамках Навье Стокса, даже если бы и существовал четкий математический аппарат для решения этой системы уравнений. 

А вот дорожка по моему все таки просто следует из Стокса, через какие то там синусоиды - и это достаточно стаблильное движение а не хаотичное.

Тут нужно определиться с терминологией:

 

"Модель" (в чистом виде) это RANS/URANS, а если вы будете решать уравнения Навье-Стокса "напрямую" с Колмогоровским масштабом это уже "прямая симуляция" (DNS)

LES  же ( туда же всякие DES,DDES) это нечто среднее ... то есть часть спектра турбулентности вы "моделируете" (SGS) а часть пытаетесь разрешить мелкой сеткой/крошечным шагом по времени.

 

Но мне представляется что в эти дебри вам лезть нецелесообразно 

[Fedor 1 628]

Ну к шизомеханике скорее имеет отношение кавитация, когда нарушается уравнение неразрывности, а движения частиц при турбулентности вполне гладкие то есть дифференцируемые и должны удовлетворять дифференциальным соотношениям следующим из законов Ньютона. То есть Навье-Стокса :)

"Плотность в числителе выражения характеризует инерцию частиц, отклонившихся от движения по прямой, а вязкость в знаменателе показывает склонность жидкости препятствовать такому отклонению." https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE_%D0%A0%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%B4%D1%81%D0%B0Практически устойчивость по Ляпунову ...

Изменено 11 ноября 2015 пользователем Fedor

[etcartman 23]

Тут нужно определиться с терминологией:

 

"Модель" (в чистом виде) это RANS/URANS, а если вы будете решать уравнения Навье-Стокса "напрямую" с Колмогоровским масштабом это уже "прямая симуляция" (DNS)

LES  же ( туда же всякие DES,DDES) это нечто среднее ... то есть часть спектра турбулентности вы "моделируете" (SGS) а часть пытаетесь разрешить мелкой сеткой/крошечным шагом по времени.

 

Но мне представляется что в эти дебри вам лезть нецелесообразно 

 

 

 

Да, чтобы лезть в дебри надо было бы сначала самостоятельно освоить соответствующий курс, начиная с соответствующих уравнений.

Вот есть еще известная модель - ка эпсилон, тоже вроде какое то место занимает (мне не очень понятное).

Моя задача примерно проще - представлять какие методы существуют и как они могут быть полезны. И например из данной темы я понял что симуляция срыва вихрей на сооружениях при скоростях 5-25 м/с в общем случае не такая простая за пределами 2д (в то же время для 2д - практически пригодная по крайней мере, то есть такая задача может быть поставлена в принципе).

В то же время, судя по всему такая медленная проблема как распространение дыма - решается сравнительно просто http://www.nist.gov/el/fire_research/fds_smokeview.cfm

даже для сложной геометрии в 3д (там какая то специальная модель).

Было бы хорошо найти толковую статью именно по аспектам практического применения симуляции для разных задач.

И кстати спасибо за ссылку - про кавитацию тоже немного прочитал.

Изменено 11 ноября 2015 пользователем etcartman

[etcartman 23]

PS пытаясь классифицировать практические CFD задачи...

1) Распространение дыма, конвекция в помещениях и тд - медленные, temperature driven Простые задачи

2) Задачи "внутри трубопроводов" без инженерных "стержневых" моделей - цель в основном определение сопротивления. Сравнительно простые для инженерной точности.

3) Строительные задачи - ветровая нагрузка (осредненное давление - простая задача) и срыв вихрей (сложная задача)

4) Самолеты - ракеты и т.д. - высокие скорости, Re и тд (сложные и затратные)

5) Автомобили и пр. - лобовое сопротивление. Вроде в пределах какой то точности могут быть относительно простыми.

6) Задачи проектирования гидравлических устройств с подвижными твердотельными частями. Туда же - моделирование ветряков и тд (предположительно сложные)

7) Задачи судостроения (сопротивление и тд)

8) Сложные научные задачи (климат, цунами, течения)

 

Понятно что поскольку Стокс в общем случае не решается почти ни для чего, кроме ламинарного течения, то для каждой проблемы есть своя модель с каким то адекватным упрощением, свой тип оптимальной сетки и свои "точные-не точные" результаты.

Я естественно не прошу мне подробно все расписывать и отвечать, просто если кто то даст ссылку или сам решит написать статью или пособие - я бы почитал с удовольствием.

Изменено 11 ноября 2015 пользователем etcartman