大涡模拟使用二阶格式

大涡模拟使用二阶格式

摘要:

1.大涡模拟的概述

2.二阶格式的定义和应用

3.大涡模拟中二阶格式的具体应用

4.二阶格式在大涡模拟中的优势

5.未来发展趋势和挑战

正文:

一、大涡模拟的概述

大涡模拟(LES,Large Eddy Simulation)是一种用于研究流体运动的数值模拟方法。这种方法通过计算机模拟流体中的大尺度涡旋结构,以揭示流体运动的基本规律。大涡模拟在气象学、海洋学、航空航天等领域具有广泛的应用价值。

二、二阶格式的定义和应用

在数值模拟中,格式的选择对模拟结果的精度和稳定性具有重要影响。二阶格式是一种常见的格式,它通过对涡旋的二次幂项进行建模,能够较为准确地描绘流体涡旋的演化过程。二阶格式在许多数值模拟领域得到了广泛应用,如大气模拟、海洋模拟等。

三、大涡模拟中二阶格式的具体应用

在大涡模拟中,二阶格式被用于描述流体涡旋的演化过程。通过对涡旋的二次幂项进行建模,二阶格式能够较为准确地描绘大尺度涡旋的结构和演化规律。这使得大涡模拟在许多情况下能够得到比其他模拟方法更为准确的结果。

四、二阶格式在大涡模拟中的优势

相较于其他格式,二阶格式在大涡模拟中具有以下优势:

1.较高的模拟精度:二阶格式能够较为准确地描绘流体涡旋的结构和演化规律,从而使得模拟结果具有较高的精度。

2.较好的稳定性:二阶格式对涡旋的二次幂项进行建模,使得模拟过程中涡旋的能量耗散较为缓慢,从而有利于模拟的稳定性。

3.适用性广泛:二阶格式不仅适用于大气模拟,还可以应用于海洋模拟等领域,具有广泛的应用价值。

五、未来发展趋势和挑战

随着计算机技术的不断发展,大涡模拟在未来将面临更多的发展机遇和挑战。

桥墩水流特性大涡模拟研究

桥墩水流特性大涡模拟研究 薛万云;郭宁;吴时强;陈锡林;吴修锋;周杰;周向华;戴江玉 【摘要】采用大涡模拟(LES)数学模型对河道中单个桥墩及3个桥墩条件下的水流运动进行数值模拟.计算结果与试验结果吻合良好.对计算得到的墩前及墩后流速变化、水位变化、剪应力分布、涡量变化及频谱进行分析,基于以上分析发现:桥墩间距较窄时(s/D=2),墩前不同位置(0>x/D>-5)处的垂向流速绝对值丨U,丨大于其他工况条件下相同位置处的流速,而在墩前x/D<-5区域,各计算工况条件下的垂向流速Uz基本为零,不受桥墩阻流的影响,两侧桥墩叠加效应最明显,跌水达最大值;桥墩间距较大时(s/D>5),中心桥墩两侧的桥墩对中心桥墩尾流区的干扰减弱,叠加效应可以忽略.桥墩间距较窄时(s/D=2)墩后x=0.5D处计算得到的涡漩特征长度与桥墩直径基本相同,该处涡漩主要由单个桥墩的尾流产生,而桥墩后x=5D处的涡漩特征长度与3倍的桥墩直径一致,中心桥墩后x=5D处的涡漩由3个桥墩叠加产生.【期刊名称】《水利水运工程学报》 【年(卷),期】2016(000)004 【总页数】9页(P18-26) 【关键词】多桥墩;大涡模拟(LES);剪应力;涡量;频谱分析 【作者】薛万云;郭宁;吴时强;陈锡林;吴修锋;周杰;周向华;戴江玉 【作者单位】南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;江苏省水利厅,江苏南京210029;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;江苏省水利厅,江苏南京210029;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京

旋转列车气流的大涡模拟概论

旋转列车气流的大涡模拟 Hassan Heniida.Naliia Gil,Chris Baker 摘要 利用大涡模拟(LES)方法研究高速列车的气流问题,釆用标准的Smagorinsky模型模拟亚格子应力。列车模型是由4辆车组成的1/25比例的ICE 2型列车。该模型被放置于直径为3.61m的旋转试验台上.基于列车的高度和速度,分别对雷诺数77 000和94 000 的大涡进行了模拟。模拟中运用了粗糙的、中等的和加密的3种讣算网格。这三种网格分别由6X106, 10X 106 ,和15X106个节点组成。加密网格的计算结果与试验数据吻合较好。运用大涡模拟获得了不同的流动区域:上流区、鼻端区、边界层区、风挡区、尾流区和远尾流区。在靠近列车鼻端区域从气流的最大速度幅值中可以出现局部的速度峰值。面压力的最大值和最小值分别出现在黑近鼻尖区域的顶面和底面。所有的湍流结构都产生于列车的顶部,并被列车外侧的径向速度分量所掠过。在列车的外侧,主要是大结构的大湍流占据主要地位。研究表明,以柱面形式支撑的风挡和车下复杂结构对气流的速度有很大的影响。在合适的雷诺数范圉内,气流流速与列车速度近似地呈线性关系。 1.引言 列车在空气中运行时,会导致列车两侧以及尾部的气流产生重要的气流流速。这种现象会对乘客和铁路沿线工作人员的安全造成威胁,同时也会给婴儿车以及手推车带来很多问题。鉴于对外部环境所造成的影响,铁路安全与标准学会(RSSB)⑴近期已将其确定为亟待解决的课题,各种研究工作也需要开展。RSSB最新的一项研究显示,在英国,与其他危险相比,所有与列车气流相关的危险所占比例较小。然而,如得不到有效的组织管理,列车气流会对站台乘客以及铁路沿线工作人员的安全造成很大的威胁。自1972年以,英国大陆地区已经报道了24起事件,这些事件不但涉及到气流产生的作用力对静止站台上的婴儿车、手推车所造成的伤害,而且也有对乘客及其物品的伤害[29。作用于站台或沿线物体的气动力取决于物体的外形,并与气流流速的平方成正比。气流流速本身通常与列车的速度成一定的比例。自新一代列车通过提高速度减少运行时间来适应铁路运营客流高峰以来,气流造成的危险性变得更大,急需探究高速列车气流的产生机理。 当前有两种途径来研究列车的气流问题,全尺寸模型或缩尺模型。所有这些方法在文献[4]〜文献[5]中都有所阐述。文献[5]运用热膜的方法来测试列车周圉的速度,该热膜覆盖于放置在移动设备上的山4辆成的1/25比例模型的表面,在他们的工作中也进行了一些粒子图像速度测量方法(PIV)的试验。文献[4]开展了全尺寸货车和客车的模拟工作。然

FLUENT软件实际操作

求解技术(Solve) Solve>Controls>Solution… 计算格式的选择 一阶迎风格式:适用于流动方向与网格方向基本一致,结构化网格。具有稳定性高,计算速度快的优点。在网格方向与流动方向不一致时,产生的数值误差比较大。 二阶格式:计算时间比较长,收敛性差。 合适的计算方式:在计算开始时先用一阶格式进行计算以获得一个相对粗糙的解,在计算收敛后再用二阶格式完成计算以提高解的精度。避免二阶格式收敛性差、计算时间长的问题,也避免了一阶格式在复杂流场计算中数值误差大的问题。QUICK格式:对于结构网格计算旋转流动问题时,计算精度高,但在其它情况下,QUCIK格式的精度与二阶格式相当。 指数律格式:与一阶格式精度基本相同。 中心差分:在LES湍流模型中使用,且应该在网格足够密集、局部Peclet数小于1的情况下使用。 压强插值格式的选择 1在彻体力对流场有很大影响的情况下,应该选择彻体力加权(body-force-weighted)格式。 2 在流场中有涡量很大的集中涡、高雷诺数自然对流、高速旋转流、多孔介质,以及流线曲率很大时,应该选择PRESTO!格式。 3 对于可压流,应该使用二阶格式。 4 二阶格式不能用于多孔介质计算和多相流计算中的混合物模型及VOF 模型。在其他情况下,为了提高精度可以选用二阶格式。 密度插值格式的选择 在用分离算法计算单相可压流时,有三种密度插值格式可供选择,即一阶迎风格式、二阶格式和QUICK 格式。一阶迎风格式具有良好的稳定性,但是在计算带激波的可压流时,会对激波解产生“抹平”作用,因此应该选用二阶格式或QUICK 格式。在用四边形网格、六面体网格或混合网格计算带激波的流动时,最好使用QUICK 格式计算所有变量。需要注意的是,在计算可压多项流时,只能用一阶迎风格式计算可压缩相的流动。

大涡模拟使用二阶格式

大涡模拟使用二阶格式 摘要: 1.大涡模拟的概述 2.二阶格式的定义和应用 3.大涡模拟中二阶格式的具体应用 4.二阶格式在大涡模拟中的优势 5.未来发展趋势和挑战 正文: 一、大涡模拟的概述 大涡模拟(LES,Large Eddy Simulation)是一种用于研究流体运动的数值模拟方法。这种方法通过计算机模拟流体中的大尺度涡旋结构,以揭示流体运动的基本规律。大涡模拟在气象学、海洋学、航空航天等领域具有广泛的应用价值。 二、二阶格式的定义和应用 在数值模拟中,格式的选择对模拟结果的精度和稳定性具有重要影响。二阶格式是一种常见的格式,它通过对涡旋的二次幂项进行建模,能够较为准确地描绘流体涡旋的演化过程。二阶格式在许多数值模拟领域得到了广泛应用,如大气模拟、海洋模拟等。 三、大涡模拟中二阶格式的具体应用 在大涡模拟中,二阶格式被用于描述流体涡旋的演化过程。通过对涡旋的二次幂项进行建模,二阶格式能够较为准确地描绘大尺度涡旋的结构和演化规律。这使得大涡模拟在许多情况下能够得到比其他模拟方法更为准确的结果。

四、二阶格式在大涡模拟中的优势 相较于其他格式,二阶格式在大涡模拟中具有以下优势: 1.较高的模拟精度:二阶格式能够较为准确地描绘流体涡旋的结构和演化规律,从而使得模拟结果具有较高的精度。 2.较好的稳定性:二阶格式对涡旋的二次幂项进行建模,使得模拟过程中涡旋的能量耗散较为缓慢,从而有利于模拟的稳定性。 3.适用性广泛:二阶格式不仅适用于大气模拟,还可以应用于海洋模拟等领域,具有广泛的应用价值。 五、未来发展趋势和挑战 随着计算机技术的不断发展,大涡模拟在未来将面临更多的发展机遇和挑战。

fluent学习总结报告5

9. 求解。 1.设置求解控制参数 ?离散格式对求解器性能的影响 控制方程中的扩散项一般采用中心差分格式离散,而对流项则可采用多种不同的格式进行 离散4。FLUENT允许用户为对流项选择不同的离散格式(注意粘性项总是自动使用二阶精确 度的离散格式)。默认情况下,当使用分离式求解器时,所有方程中的对流项均用一阶迎风格 式离散;当使用祸合式求解器时,流动方程使用二阶精度格式、其他方程使用一阶精度格式进 行离散。此外,当使用分离式求解器时,用户还可为压力选择插值方式。 当流动与网格对齐时,如使用四边形或六面体网格模拟层流流动,使用一阶精度离散格式 是可以接受的。但当流动斜穿网格线时,一阶精度格式将产生明显的离散误差(数值扩散)。 因此,对于2D三角形及3D四面体网格,注意要使用二阶精度格式,特别是对复杂流动更是 如此。一般来讲,.在一阶精度格式下容易收散,但精度较差。有时,为了加快计算速度,可 先在一阶精度格式下计算,然后再转到二阶精度格式下计算。如果使用二阶精度格式遇到难 于收敛的情况,则可考虑改换一阶精度格式。 对于转动及有旋流的计算,在使用四边形及六面体网格时,具有三阶精度的QUICK格式可 能产生比二阶精度更好的结果。但是,一般情况下,用二阶精度就已足够,即使使用QUICK 格式,结果也不一定好。乘方格式(Power-law scheme)一般产生与一阶精度格式相同精度的结果。中心差分格式一般只用于大涡模拟模型,而且要求网格很细的情况。 ?欠松弛因子对性能的影响 欠松弛(Under Relaxation):所谓欠松弛就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适 当缩减,以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时,为松弛 因子(Relaxation Factors)。《数值传热学-214》FLUENT中的欠松弛:由于FLUENT所解 方程组的非线性,我们有必要控制的变化。一般用欠松弛方法来实现控制,该方法在每一部 迭代中减少了的变化量。欠松弛最简单的形式为:单元内变量等于原来的值加上欠松弛因 子a与变化的积分离解算器使用欠松弛来控制每一步迭代中的计算变量的更新。这就意味 着使用分离解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他标量)都会有 一个相关的欠松弛因子。在FLUENT中,所有变量的默认欠松弛因子都是对大多数问题的最 优值。这个值适合于很多问题,但是对于一些特殊的非线性问题(如:某些湍流或者高Rayleigh数自然对流问题),在计算开始时要慎重减小欠松弛因子。使用默认的欠松弛因子 开始计算是很好的习惯。如果经过4到5步的迭代残差仍然增长,你就需要减小欠松弛因子。有时候,如果发现残差开始增加,你可以改变欠松弛因子重新计算。在欠松弛因子过大时通 常会出现这种情况。最为安全的方法就是在对欠松弛因子做任何修改之前先保存数据文件, 并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是,欠松弛因子的增加会使残差 有少量的增加,但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要 考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。注意:粘性和密度的欠松弛是在每一次迭 代之间的。而且,如果直接解焓方程而不是温度方程(即:对PDF计算),基于焓的温度的 更新是要进行欠松弛的。要查看默认的欠松弛因子的值,你可以在解控制面板点击默认按钮。对于大多数流动,不需要修改默认欠松弛因子。但是,如果出现不稳定或者发散你就需要减 小默认的欠松弛因子了,其中压力、动量、k和e的欠松弛因子默认值分别为0.2,0.5,0.5 和0.5。对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的欠松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问 题中,如相当高的Rayleigh数的自然或混合对流流动,应该对温度和/或密度(所用的欠松弛 因子小于1.0)进行欠松弛。相反,当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度

大涡模拟

大涡模拟,英文简称LES(Large eddy simulation),是近几十年才发展起来的一个流体力学中重要的数值模拟研究方法。它区别于直接数值模拟(DNS)和雷诺平均(RANS)方法。其基本思想是通过精确求解某个尺度以上所有湍流尺度的运动,从而能够捕捉到RANS方法所无能为力的许多非稳态,非平衡过程中出现的大尺度效应和拟序结构,同时又克服了直接数值模拟由于需要求解所有湍流尺度而带来的巨大计算开销的问题,因而被认为是最具有潜力的湍流数值模拟发展方向。 由于计算耗费依然很大,目前大涡模拟还无法在工程上广泛应用,但是大涡模拟技术对于研究许多流动机理问题提供了更为可靠的手段,可为流动控制提供理论基础,并可为工程上广泛应用的RANS方法改进提供指导。 大涡模拟方法 其主要思想是大涡结构(又称拟序结构)受流场影响较大,小尺度涡则可以认为是各向同性的,因而可以将大涡计算与小涡计算分开处理,并用统一的模型计算小涡。在这个思想下,大涡模拟通过滤波处理,首先将小于某个尺度的旋涡从流场中过滤掉,只计算大涡,然后通过求解附加方程得到小涡的解。过滤尺度一般就取为网格尺度。显然这种方法比直接求解RANS 方程和DNS 方程效率更高,消耗系统资源更少,但却比湍流模型方法更精确。 大涡模拟的基本操作就是低通滤波。一个LES滤波器可以被用在时空场Φ(x,t)中实现时间滤波或空间滤波或时空滤波

扬州大学 大涡模拟理论及应用 紊流力学 大涡模拟理论及应用 一、概述 实际水利工程中的水流流动几乎都是湍流。湍流是空间上不规则和时间上无秩序的一种非线性的流体运动,这种运动表现出非常复杂的流动状态,是流体力学中有名的难题。100 多年来无数科学家投身到它的研究当中,从1883 年Reynolds 开始的层流过渡到湍流的著名圆管实验到现在,对湍流的基础理论研究呈现出多个分支,其主要方向有:湍流稳定性理沦、湍流统计理论、湍流模式理论、湍流实验、切变湍流的逆序结构、湍流的大涡模拟和湍流的直接数值模拟。在这些方向当中,比较有代表性的是湍流模式理论。但它的平均运算却将脉动运动的全部行为细节一律抹平,丢失了包含在脉动运动中的大量有重要意义的信息,而且各种湍流模型都有一定的局限性、对经验数据非常依赖、预报程度较差。近代计算机技术的飞速发展给人们提供了解决湍流问题的新途径,公认比较有前途的是大涡模拟和直接数值模拟。但由于受到计算机速度和容量的限制,直接数值模拟还仅限于低雷诺数的流动,对于高雷诺数的完全数值模拟目前还不可能。而大涡模拟是介于直接数值模拟和湍流模式理论之间的折衷物,由于其具有较少的计算消耗和较高的计算精度,正显示出越来越强的生命力。 二、大涡模拟

大涡模拟使用二阶格式

大涡模拟使用二阶格式 什么是大涡模拟? 大涡模拟(Large Eddy Simulation,简称LES)是一种计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)方法,用于模拟流体中的湍流现象。与直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,简称DNS)相比,LES通过将湍流现象划分为大尺度的涡旋和小尺度的湍流能量耗散,从而减少计算量。 在LES中,大尺度的涡旋是直接解算的,而小尺度的湍流能量耗散则通过模型来近似。这种方法可以更准确地预测湍流现象,并在流体力学研究和工程应用中发挥重要作用。 二阶格式在大涡模拟中的应用 在大涡模拟中,数值格式的选择对模拟结果的准确性和稳定性至关重要。二阶格式是一种常用的数值格式,它具有较高的准确性和稳定性,并且计算效率较高。 二阶格式是指在数值计算中,通过在网格上采用二阶差分格式来逼近偏微分方程的导数项。它可以更准确地捕捉流体中的湍流现象,提高模拟结果的精度。 在大涡模拟中,二阶格式可以应用于对Navier-Stokes方程的离散化。Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程,通过对其进行离散化,可以得到数值解。 二阶格式通过在时间和空间上进行二阶差分逼近,将Navier-Stokes方程离散化为一系列代数方程。这些代数方程可以使用迭代方法求解,从而得到流场的数值解。 大涡模拟使用二阶格式的步骤 1.网格生成:首先需要生成适合模拟的网格。网格的密度和结构对模拟结果具 有重要影响,要根据具体问题选择合适的网格生成方法。 2.边界条件设定:在模拟中,需要设定合适的边界条件。边界条件可以是流体 的速度、压力或其他物理量的值,要根据实际情况进行设定。 3.初始条件设定:在模拟开始之前,需要设定流场的初始条件。初始条件可以 是流体的速度、压力或其他物理量的分布情况。 4.数值格式选择:选择合适的二阶格式进行离散化。常用的二阶格式有中心差 分格式、向前差分格式和向后差分格式等。 5.时间步长设定:选择合适的时间步长进行计算。时间步长的选择要考虑模拟 的稳定性和计算效率。

大型客机复杂可压缩流的大涡模拟主要研究方法

大型客机复杂可压缩流的大涡模拟主要研究方法 一、大涡模拟基础 1. 大涡模拟简介 大涡模拟是一种将流场分解成小尺度湍流和大尺度湍流的方法。在LES中,大尺度结构通过直接数值模拟来求解,而小尺度结构则通过子网格模型(sub-grid model)进行建模。由于小尺度结构不再需要直接求解,因此可以使用更粗的网格来进行计算,从而减少计算量。同时,LES还能够提供更加真实的湍流统计数据,如湍流强度、湍流长度等。 2. LES的优点和局限性 与其他流体力学方法相比,LES有以下几个优点: (1)能够考虑湍流中的时间和空间尺度差异,提供更加真实的湍流信息; (2)计算结果对于网格的依赖性相对较小,使得计算可以在较粗的网格上进行; (3)LES能够模拟复杂流场,如湍流燃烧、多相流等。 虽然LES具有很多优点,但它也有一些局限性: (1)计算量较大,需要使用高性能计算机进行计算; (2)由于需要建立子网格模型,LES的结果可能受到模型误差的

影响; (3)由于直接数值模拟只考虑了大尺度结构,因此对于小尺度结构的预测可能存在误差。 二、大涡模拟在大型客机流场研究中的应用 1. 大涡模拟在飞行器气动力学研究中的应用 大型客机的外形复杂,流场也非常复杂。对于这样的流场,传统的计算流体力学方法可能无法准确地预测气动力学行为。因此,大涡模拟成为研究大型客机流场的一种重要方法。在大涡模拟中,通过将流场分解成大尺度结构和小尺度结构,可以更加准确地模拟大型客机流场中的湍流现象。大涡模拟还能够提供更加真实的气动力学数据,如升阻比、气动力矩等。这些数据对于飞机设计和优化非常重要。 2. 大涡模拟在飞行器噪声研究中的应用 随着人们对噪声污染的关注度不断提高,飞机噪声研究也越来越受到关注。大型客机飞行时产生的噪声主要来自于引擎和机翼表面的湍流。由于湍流现象非常复杂,传统的计算流体力学方法无法准确地预测噪声的产生和传播。因此,大涡模拟成为研究飞机噪声的一种重要方法。通过大涡模拟,可以更加准确地模拟湍流现象,从而预测噪声的产生和传播方式。这对于飞机噪声控制有着重要的意义。 3. 大涡模拟在飞行器油耗研究中的应用 飞机的油耗直接影响其经济性能。在飞行器的设计和优化过程中,降低油耗是一个非常重要的目标。然而,由于大型客机的外形和流场非常复杂,传统的计算流体力学方法可能无法准确地预测油耗。因此,

fluent二维大涡模拟命令

fluent二维大涡模拟命令 Fluent是流体动力学模拟软件的一种,它提供了二维大涡模拟命令用于模拟二维涡旋动力学过程。本文将分步骤阐述如何使用Fluent 二维大涡模拟命令。 第一步,打开Fluent软件。进入“File”菜单,选择“New”打 开一个新的工作文件。在Fluent主界面的左侧面板选择“2D”选项卡,然后选择“Viscous”和“Steady”选项后点击“Create/Edit”按钮。 第二步,进入“Grid”界面。在“Mesh”选项卡中选择“2D Mesh”菜单,选择“Triangle”网格类型。随后,选择“Mechanical”类型并调整所需参数,包括网格的大小、分辨率、以及其他关键点的 划分数量。最后,点击“Generate Mesh”按钮生成网格。 第三步,设置边界条件。在Fluent主界面的左侧面板选择“Boundary Conditions”选项卡。根据需要设置边界条件,包括入口 和出口边界、容器壁边界和物体边界。基本的物理条件包括质量流速、温度和密度。 第四步,设置模拟参数。在Fluent主界面的左侧面板选择“Solution”选项卡。首先选择“Viscous”和“Steady”选项,然后 在“Methods”菜单中选择“Unsteady”. 调整所需参数并计算时间, 包括时间步长和计算时间范围。 第五步,开始求解二维大涡模拟。在Fluent主界面的左侧面板 选择“Compute”选项卡,点击“Start Calculation”按钮开始求解。 第六步,查看二维大涡模拟结果。在Fluent主界面的左侧面板 选择“Graphics”选项卡。根据需要选择显示不同的结果,包括速度 分布、温度变化、实体形态等等。 以上是使用Fluent二维大涡模拟命令的步骤。通过学习和实践,我们可以使用Fluent来分析和解决各种相关的物理、化学和工程问题。

二阶混合偏导差分格式的详解

二阶混合偏导差分格式的详解 文章标题:深度解析二阶混合偏导差分格式 正文: 一、引言 在数学和计算机科学领域中,二阶混合偏导差分格式是一种重要的数值计算方法,它在求解偏微分方程和数值模拟中发挥着关键作用。本文将针对二阶混合偏导差分格式进行全面深入的解析,从简单的定义和原理出发,逐步深入探讨其数学推导和应用场景,以帮助读者更好地理解和应用这一重要的数值计算方法。 二、基本概念 二阶混合偏导差分格式是一种数值计算方法,用于求解偏微分方程。它通过将偏微分方程中的偏导数用差分表示,然后构建差分方程并进行数值求解,从而得到偏微分方程的近似解。在二阶混合偏导差分格式中,一阶导数使用中心差分逼近,二阶导数则结合前向和后向差分来逼近,从而实现更高的数值精度和稳定性。

三、数学推导 接下来,我们将通过数学推导来深入探讨二阶混合偏导差分格式的具 体计算过程。假设我们要求解的偏微分方程为一维扩散方程,即 ∂u/∂t = α∂²u/∂x² 我们可以使用二阶混合偏导差分格式来离散化这个方程,首先对时间t 进行离散化,然后对空间x进行离散化,最终得到差分方程,并通过 迭代求解得到数值解。具体的推导过程将在以下几个步骤中详细展开。第一步,对时间进行离散化,使用显式欧拉方法进行离散化求解。 第二步,对空间进行离散化,使用中心差分逼近一阶导数,结合前向 和后向差分逼近二阶导数。 第三步,构建差分方程,将离散化的时间和空间方程组合在一起。 第四步,通过迭代求解差分方程,得到偏微分方程的数值解。 通过以上数学推导,我们可以清晰地了解二阶混合偏导差分格式的具 体计算过程,以及其在求解偏微分方程中的应用。

fluent 二阶隐式时间格式

《探索fluent二阶隐式时间格式》 在计算流体力学(CFD)领域中,时间离散化方案对于模拟结果的准确性和稳定性起着至关重要的作用。其中,隐式时间格式因其对于大步长的稳定性而备受推崇。而在隐式时间格式中,二阶隐式时间格式更是以其对时间耦合项更加准确的处理而备受关注。本文将深入探讨fluent二阶隐式时间格式的原理、特点以及在CFD模拟中的应用。 1. 了解二阶隐式时间格式 我们首先要了解什么是二阶隐式时间格式。在CFD中,时间离散化通常分为显式和隐式两种格式。而隐式时间格式中,二阶隐式时间格式则是对时间耦合项更加准确处理的一种格式。不同于一阶隐式时间格式,二阶隐式时间格式能更好地捕捉流场内部的细节和变化,进而提升模拟的精度和稳定性。 2. fluent中的二阶隐式时间格式 fluent作为CFD模拟领域中的一款知名软件,其对于二阶隐式时间格式的支持至关重要。在fluent中,可以通过设置时间离散化方案和时间步长来选择使用二阶隐式时间格式。其对于时间耦合项的处理更加准确,能够更好地适用于复杂的流场模拟。 3. 应用与实践 二阶隐式时间格式在实际的CFD模拟中具有重要的应用价值。通过对

比不同时间离散化方案模拟结果的差异,可以明显发现使用二阶隐式时间格式所得到的模拟结果更加准确和稳定。尤其是在对于流场变化较快的情况下,二阶隐式时间格式能够更好地捕捉流场的细节,提高模拟结果的精度。 总结 二阶隐式时间格式作为隐式时间离散化方案中的重要一种,其在提升CFD模拟精度和稳定性方面发挥着不可替代的作用。而fluent作为一款强大的CFD模拟软件,其对于二阶隐式时间格式的支持更是使得模拟结果更加可靠和准确。 个人观点 在实际的工程应用中,选择合适的时间离散化方案对于模拟结果的准确性和稳定性至关重要。二阶隐式时间格式的应用能够在一定程度上提高模拟的精度,为流体力学领域的工程问题解决提供更加可靠的仿真技术支持。在实际的工程应用中,我更倾向于选择使用二阶隐式时间格式进行CFD模拟。 通过对fluent二阶隐式时间格式的深入探讨,我们对于其原理、特点以及在实际应用中的价值有了更加清晰的认识。希望本文能够帮助读者更好地理解和应用二阶隐式时间格式,提升CFD模拟结果的可靠性和准确性。在实际工程应用中,流体力学仿真在产品设计和优化中起着重要作用。而随着计算和仿真技术的不断发展,对于时间离散化方

Re=3900圆柱绕流的三维大涡模拟

Re=3900圆柱绕流的三维大涡模拟 战庆亮;周志勇;葛耀君 【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》 【年(卷),期】2015(047)012 【摘要】为研究亚临界雷诺数范围内圆柱绕流流场特性及三维大涡模拟方法的适用性,基于C++语言及有限体积法开发了三维非结构化网格的大涡模拟计算程序.采用新的高稳定性高精度二阶离散格式,及Smagorinsky亚格子模型对Re=3 900均匀来流条件下的圆柱绕流问题进行数值模拟,并统计获得了平均流场参数及湍流流场的详细结构特性.结果表明:采用本文的网格、计算步长和高稳定性二阶离散精度大涡模拟方法计算所得的湍流场一阶统计特性和二阶统计特性与实验值吻合很好.验证了大涡模拟程序在模拟亚临界雷诺数下圆柱绕流流场平均值及脉动值的合理性.%This paper developed finite volume method program with Smagorinsky sub-grid scale model using 3-dimensional unstructured mesh to accurately determine the flow field characteristics behind a cylinder in sub critical region and the applicability of 3-dimensional large eddy simulation method of this kind of calculation based on C++programming language. Numerical simulation was performed for the flow over a circular cylinder at a classical sub-critical Reynolds number ( Re=3 900) using a new second order defer correction scheme for unstructured mesh. The results show that mean and fluctuating flow characteristics were compared well with the existing experimental results, 2-order discretization scheme large eddy method can be used in the simulation of sub-region Reynolds

fluent 二阶隐式时间格式

fluent 二阶隐式时间格式 摘要: 一、引言 二、二阶隐式时间格式介绍 1.概念解析 2.应用场景 三、fluent 软件中的二阶隐式时间格式实现 1.操作方法 2.参数设置 四、二阶隐式时间格式在fluent 软件中的优势及局限性 1.优势 2.局限性 五、总结 正文: 一、引言 在流体力学领域,数值模拟是一种重要的研究方法。其中,fluent 软件作为一款功能强大的流体力学模拟软件,被广泛应用于各种工程问题中。为了提高模拟精度,fluent 软件提供了二阶隐式时间格式,以满足用户在不同场景下的需求。本文将对fluent 中的二阶隐式时间格式进行详细介绍。 二、二阶隐式时间格式介绍 1.概念解析

二阶隐式时间格式,是指在时间步进过程中,采用二阶差分方程对物理量进行离散化处理的一种时间格式。相较于一阶格式,二阶格式具有更高的精度,能够更好地捕捉流场中的细节信息。 2.应用场景 二阶隐式时间格式主要应用于以下场景: (1)对流场中变化较为缓慢的物理量进行求解,如压力、速度等; (2)在稳态模拟中,需要更高的精度时; (3)在非稳态模拟中,需要捕捉流场瞬间变化时。 三、fluent 软件中的二阶隐式时间格式实现 1.操作方法 在fluent 软件中,用户可通过以下步骤实现二阶隐式时间格式的设置:(1)打开fluent 软件,创建或导入模型; (2)在“物理模型”选项卡下,选择“湍流模型”; (3)在“湍流模型”设置中,找到“时间格式”,选择“二阶隐式”; (4)设置其他参数,如湍流参数、边界条件等; (5)进行模拟计算。 2.参数设置 在设置二阶隐式时间格式时,用户还需关注以下参数设置: (1)时间步长:根据实际问题需求,选择合适的时间步长; (2)稳态要求:对于稳态模拟,可适当放宽时间步长要求; (3)收敛标准:设置合适的收敛标准,以保证模拟精度和计算效率。 四、二阶隐式时间格式在fluent 软件中的优势及局限性

大涡模拟fluent动量格式

大涡模拟fluent动量格式 (原创版) 目录 1.大涡模拟的概述 2.Fluent 软件的介绍 3.大涡模拟中的动量格式 4.动量格式在大涡模拟中的应用 5.结论 正文 一、大涡模拟的概述 大涡模拟是一种用于研究流体运动的数值方法,它通过将流体运动方程进行离散化处理,利用计算机求解得到流场各个点的流速、压力等物理量。大涡模拟可以分为欧拉模型和雷诺模型两大类,其中欧拉模型主要包括大涡模拟(LES)和小涡模拟(SGS),而雷诺模型则包括雷诺平均 N-S 方程(RANS)和大涡模拟(LES)等。 二、Fluent 软件的介绍 Fluent 是一款基于计算流体力学(CFD)的商业软件,广泛应用于工程领域中流体流动、传热和化学反应等过程的数值模拟。Fluent 软件采用欧拉模型进行大涡模拟,可以模拟流场中的湍流现象,得到较为准确的流体动力学特性。 三、大涡模拟中的动量格式 在大涡模拟中,动量格式是用于描述流体运动方程中动量守恒定律的数学表达式。动量格式包括分子宏观平均速度、湍流宏观平均速度和湍流微观速度等物理量。在 Fluent 软件中,动量格式采用欧拉模型进行离散化处理,可以模拟流场中的湍流现象。

四、动量格式在大涡模拟中的应用 动量格式在大涡模拟中的应用主要体现在以下几个方面: 1.湍流运动的模拟:动量格式可以描述流场中湍流运动的宏观和微观特征,从而模拟出流场中的湍流现象。 2.湍流能量的传递:动量格式可以计算流场中湍流能量的传递过程,从而得到流场中湍流能量的分布特征。 3.流场中物体的受力分析:动量格式可以用于计算流场中物体的受力分析,从而得到物体在流场中的受力特性。 五、结论 大涡模拟是一种重要的流体运动数值方法,Fluent 软件作为一款基于计算流体力学的商业软件,可以采用欧拉模型进行大涡模拟,模拟流场中的湍流现象。

飞行进近中尾流的大涡数值模拟

飞行进近中尾流的大涡数值模拟 徐肖豪;赵鸿盛;杨传森;王振宇 【摘要】尾流间隔是增大跑道容量的主要限制因素之一,为了在保持安全水平的前提下有效地增大跑道容量,应制定安全高效的尾流间隔.对尾流流场和尾涡消散物理过程的研究,是制定准确、恰当的空中交通中尾流间隔的重要理论依据.本文用大涡模拟方法对三雏机翼简化模型的尾流场进行了数值模拟.数值模拟的来流速度、迎角和定解条件等重要参教以航空器尾流事故高发的进近阶段为依据,计算结果验证了涡核的进裂消散、涡对的连接消散和涡对的下沉现象,发现了在涡对卷起之前的不对称性和Crow关联发生后涡对消散的不对称性,并分析了其原因. 【期刊名称】《南京航空航天大学学报》 【年(卷),期】2010(042)002 【总页数】6页(P179-184) 【关键词】尾流间隔;数值模拟;大涡模拟;湍流 【作者】徐肖豪;赵鸿盛;杨传森;王振宇 【作者单位】中国民航大学空中交通管理学院,天津,300300;北京航空航天大学电子信息工程学院,北京,100191;南京航空航天大学民航学院,南京,210016;中国民航机场建设集团公司西南分公司,成都,610202 【正文语种】中文 【中图分类】V355

当今世界各主要机场的航班延误已经成为影响航空运输发展的瓶颈,增大跑道容量 可以有效地减少航班延误[1]。而尾流间隔又是跑道容量的主要限制因素,因此制定出安全高效的尾流间隔对航空运输的发展有着重要的现实意义。更清晰地认识尾流的物理过程和尾涡的消散原理能够为尾流间隔的缩减提供坚实的理论根据。 Kraft于1955年通过飞行实验确定发动机螺旋桨形成的涡流对后面跟进的航空器 不会造成危害,但同时发现由于机翼升力导致的尾流将有可能对后机安全构成威胁[2]。Thomas等人[3]采用数值模拟方法,对处于稳定分层的大气中,以巡航速度飞 行的Boeing-747的翼尖涡进行了计算,计算结果验证了Crow[4]于1970年提出 的正弦不稳定性(即Crow不稳定性)。Proctor教授及其在NASA(美国航空宇航局)Langley研究中心的研究者开发了名为终端区仿真系统[5](Terminal area simulation system,TASS)的数值模拟模型,研究了各向同性湍流对尾涡消散的影响,验证了尾涡随湍流强度增大而加速衰减的现象与观察结果一致。法国快速计算中心(CERFACS)的Corjon和Darracq[6]对真实大气边界层的尾涡进行了数值模拟,证 实了环境湍流对尾涡的破坏作用。 虽然国外有很多学者在CRAY系列的巨型机上用计算流体力学(CFD)的方法对航空器尾流进行了数值模拟研究,但国内还没有这方面研究工作的报道。本文用大涡模 拟(Large eddy simulation,LES)方法对三维机翼模型的尾流场进行了数值模拟。 1 理论基础及实验条件 尾流的本质是湍流流动,而湍流流动是一种高度非线性的复杂流动,随着计算机技术 的发展,已经能够通过某些数值方法对湍流进行模拟,取得与实际比较吻合的结果。 总体而言,目前的湍流数值模拟方法可以分为直接数值模拟方法和非直接数值模拟 方法。所谓直接数值模拟方法是指直接求解瞬态湍流控制方程。而非直接数值模拟方法则不直接计算湍流的脉动特性,而是设法对湍流作某种程度的近似和简化处理。

基于大涡模拟的台北101大楼风致响应分析

基于大涡模拟的台北101大楼风致响应分析 卢春玲; 李中洋; 李秋胜 【期刊名称】《《振动与冲击》》 【年(卷),期】2019(038)015 【总页数】10页(P172-181) 【关键词】超高层建筑; 数值风洞; 大涡模拟; 风振响应; 等效静风荷载 【作者】卢春玲; 李中洋; 李秋胜 【作者单位】桂林理工大学土木与建筑工程学院桂林541004; 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心桂林541004; 广西岩土力学与工程重点实验室桂林541004; 香港城市大学建筑系香港100013 【正文语种】中文 【中图分类】TU973.213 1 工程概况 超高层建筑具有质量轻、强度高、高宽比大且自然振动频率以及阻尼较低等特性。故对风力所造成的扰动较敏感,在风力作用下可能产生较大的风致响应。基于安全性与使用者的舒适性考虑,风力设计往往成为决定超高层建筑结构设计的重要因素。台北101大楼地面以上101楼,地下5层。地面以上高度508 m,坐落在台北繁华地段信义计划区内。 大楼的立面图如图1所示,大楼造型宛若劲竹节节高升。平面为正方形,边长从

46~64 m不等。大楼采用双层结构,外层由8根巨大的钢柱组成,在大楼的四个外侧分设两根。巨型柱的最大截面长3 m、宽2.4 m,自地下5楼贯通至地上90楼,柱内灌入高密度混凝土,外以钢板包覆。地震力和风力作用时,这些巨型柱提高大楼的横向刚度。内层结构为大楼提供可用空间。大楼每隔8到10层设置钢桁架组成的转换层。图2给出了桁架转换层的位置。 图1 台北101大楼立面图Fig.1 Elevation view of Taipei 101 Tower 图2 台北101大楼结构体系立面图Fig.2 Elevation view of the structural system 为了降低大楼受高空强风及台风作用造成的摇晃,大楼内设置了单摆式 TMD(Tuned Mass Damper, TMD)系统,即调频质量阻尼器。它由数块钢板堆叠焊接而成。钢球直径为5.5 m,总重约为660 t,钢球底下设置8根液流阻尼器,以提供TMD系统额外的消能机制,以降低钢球晃动行程。质块阻尼器利用钢索悬吊,并由其调整钟摆的摆长(TMD悬吊于92楼至88楼),使其自振频率与结构的基本频率一致而达到吸收结构振动能量的功能。阻尼器的设置详见图3。 台北101大楼属风敏感建筑。同时台北市又位于世界上台风多发的区域,台风可能使得101大楼承受远远大于普通高层建筑承受的荷载。这些特点使得该建筑需要对台风作用下大楼的结构性能进行深入细致的研究。 (a)总体图(b)详细构造图 图3 台北101大楼阻尼器布置图 Fig.3 Damper layout of Taipei 101 Tower 大涡模拟(LES)是现今计算风工程的研究热点之一。随着数值模拟技术和计算机性能的提升,研究人员尝试将大涡模拟运用到工程实践中。例如,顾明[1-3]、李秋胜[4-5]、周志勇[6]等采用LES对结构风效应进行了分析[7-9]。利用大涡模拟进行实际超高层建筑中进行结构风荷载及响应研究还较少[10]。本文应用大涡模拟并结

壁面涡旋结构与湍流脉动压力的大涡模拟研究

壁面涡旋结构与湍流脉动压力的大涡模拟研究 张晓龙;张楠;吴宝山 【摘要】湍流脉动压力是重要的流噪声声源,对其进行数值计算是流声耦合领域的重要课题,开展相应的研究十分必要。文章采用大涡模拟方法(LES)结合四种亚格子涡模型与四套网格,对槽道壁面湍流脉动压力进行了数值计算,并与试验结果进行了对比分析,验证了数值计算方法的可靠性。首先,介绍了大涡模拟的物理内涵与基本方程,给出了常用亚格子涡模型的表达式,并给出了相应的离散求解数值方法以及边界条件的设置。其次,描述了槽道试验段的几何特征,给出了网格的剖分形式。最后,详细讨论了槽道壁面湍流脉动压力频谱计算值与试验值之间的差异,进行了定量与定性的比较分析,同时分析了涡旋结构与近壁面流速分布,研究了亚格子涡模型与网格数量对计算结果的影响,为今后复杂几何模型壁面湍流脉动压力及其频率-波数谱的计算研究工作奠定了基础。%Turbulent wall pressure fluctuations beneath turbulent boundary layers are important source of flow noise. The computation of wall pressure fluctuations is a hot topic in the field of flow-sound coupling. It is necessary to carry out corresponding research. In this paper, wall pressure fluctuations of a tunnel wall is computed using large eddy simulation (LES) with four different sub-grid scale models and four sets of meshes of different grid number. The results are compared with the experiment of Abraham and discussed in detail. Firstly, some fundamentals of the numerical simulation are presented, including the philosophy of LES, for-mulations of different sub-grid scale models, discretization methods and boundary conditions, etc. Then, the rectangular test section of the tunnel and its computational domain are

浅谈大涡模拟

浅谈大涡模拟 摘要:湍流流动是一种非常复杂的流动,数值模拟是研究湍流的主要手段,现有的湍流数值模拟的方法有三种:直接数值模拟、大涡模拟和雷诺平均模型。本文主要是介绍大涡模拟,大涡模拟的思路是:直接数值模拟大尺度紊流运动,而利用亚格子模型模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动的影响.大涡模拟在计算时间和计算费用方面是优于直接数值模拟的,在信息完整性方面优于雷诺平均模型.本文还介绍了对N—S方程过滤的过滤函数和一些广泛使用的亚格子模型,最后简单对一些大涡模拟的应用进行了阐述。 关键词:计算流体力学;湍流;大涡模拟;亚格子模型 ﻬA simple study of Large EddySimulation DING Puxian (Central South University, School of Energy ScienceandPowerEngin eering,Changsha, Hunan, 410083) Abstract:Turbulentflow isa very complex flow,andnumerical simulation is the m ain means to study it.There are three numerical simulation methods:direct numer ical simulation,largeeddy simulation,Reynolds averagedNavier—Stokes method. La rge eddysimulation (LES)is mainly introduced in this paper。The main idea of LESis that large eddiesareresolved directlyandtheeffect of thesmalleddies on thelarge eddies is modeledby subgrid scalemodel。Large eddysimulation calculation in computing time and cost is superior to direct numericalsimulation,and obt ain more informationthan Reynoldsaveraged Navier-Stokes method. The Navier—Stokesequations filtering filterfunction andsome extensive use of the subgrid scale model are si mply discussedinthispaper。Finally, some simple applications of largeeddy simul ation aretold。 Key words:computationalfluid dynamics;turbulence; large eddy simulation;subgrid s cale model

相关主题
相关文档
最新文档