数值风云

fluent推板造聚焦波湍流动量和耗散率如何设置

采用VOF、k-epsilon RNG模型,通过设置动网格以及udf实现推板造波。可以精准模拟波高较小的聚焦波,但是在模拟波高较大的聚焦波时,出现了波高达不到预定高度的问题。感觉可能是湍流动量和耗散率的问题,想请教一下大佬们k和epsilon是怎么设置的。

忘记说了,水槽长度30米,其中消波段为10米。在频率为0.4hz情况下,预定高度为11cm的聚焦波,实际只能造出6cm左右波高;0.6hz情况下,预定高度11cm的聚焦波只能造出8.8cm左右的波高。都差的有点多,请求大佬们指导。


这是OpenFOAM Doxygen文档中对于标准k-epsilon模型中k、epsilon的计算方法(不太清楚是否同样适用于RNG k-epsilon模型),我想Fluent中应该也是类似的吧。
就我粗浅的认识来说,k和epsilon在模拟时更多是一种initial guess,要想精确的捕捉波面可能还需要关注下你的单元尺寸(每个波长多少个单元,每个波高多少个单元)和对库朗数的控制(不能太大),另外RANS类的湍流模型有个比较让人头痛的问题就是湍流的过量估计,使得波的这部分能量变成了湍动能,也就导致了像你说的波高到不了预期的情况。
具体可以参考下Larson的文献On the over-production of turbulence beneath surface waves in Reynolds-averaged Navier–Stokes models
如果有误还请指正!

感谢指导,让我对k、epsilon的计算有了新的认识。据我目前所了解的知识,聚焦波是通过将许多波高较小的波,在同一位置达到峰值,从而形成预定高度的聚焦波。关于小波的波高,是通过newwave理论计算得到的,也就是对预定波高进行了拆分。所以要规定每个波长多少个单元,每个波高多少个单元,有点难以实现(也可能是我理解有误)。然后库朗数我一般控制在较小的水平(小于0.5)。
我的水槽是二维的,上面忘记说了。

回答中提到:

“所以要规定每个波长多少个单元,每个波高多少个单元,有点难以实现(也可能是我理解有误)

我之前做过类似工作,我认为这部分可能理解有些偏差。

我的建议和Haoran_Zhou一样,还是应该考虑网格的稀疏稠密程度。

因为Fluent使用的是捕捉类方法VOF(有时候可以耦合levelset),这种方法其实就是用网格捕捉曲线的,想要算的准,就需要加密网格。网格密到一定程度后,计算精度基本能上来;反之就会引起数值耗散(波高衰减)。

VOF做波浪,其实大家有一个经验,就单纯线性正弦波而言,一个波高内至少20个网格,一个波长内好像也是50个网格(这个真的有点忘了)。一般情况下波长方向的网格数量都能满足,难的是波高方向不容易满足,因为有时候波高比较小,波面附近需要的网格数量就很多,而且波面附近稍微一加密,就会带来网格数量的翻倍。

虽然是聚焦波,但是也符合这个规律,只不过聚焦波的波高是不断变化的。我建议统一按照成分波里比较小的波高为标准,在波面附近分布网格数量,这样网格量可能偏大,但也不至于衰减。至于细节,我建议去看聚焦波的VOF数值模拟论文,openfoam或fluent的都可以,参考一下。

关于湍流模型,fluent的湍流模型耗散稍微有些过,但没关系,还不至于影响到波浪这样的“宏观”计算,只要湍动能和耗散率按照公式估计值给定就可以了,有时也可以再小一些也没关系。

另外,时间步小一些,差分格式用二阶的,残差收敛标准提高一些,,等等,,试一试吧。

最后总结我的建议是:波形(波高)衰减,湍流模型不是问题的关键,网格的稀疏稠密程度才是问题的关键(去看论文)。

感谢大佬指导。在水面附近加密网格,这个我考虑到了,然后波长方向加密网格,会出现一个致命的问题,就是容易出现负体积(我把他理解为推板推过头了,推的长度超过了单个网格的长度)。关于出现负体积的问题我也一直没有解决,目前我知道的方法就是调大网格。如果大佬之前遇到过这些问题,还请大佬分享下经验。按照我的理解有限单元法加密网格只会是的精度变高,而不是出现负体积。
如果有什么理解错误的地方,还请指证!

我记得好像把与推板相接触的边界设置为deforming,就可以避免这个问题

感谢指导,昨天听了您的建议,我把rigid改成了deforming,出现了水槽没有波高的情况。我感觉是其他一些设置没有设置好,请问你还能回忆一下跟deforming相关其他配套设置吗?
十分感谢!

推板相接触的边界

不是推板本身,是top和bottom,也就是空气进出口和水底,是否理解一致?

“没有波高”就是推板没动吧。我建议,设置动网格参数之后,预览一下网格运动和变形,看看是否与预期一致。

其他细节我也记不住了,都是一些操作,这玩意最容易忘记了。多多测试一下,不要着急。

感谢指导,我去尝试一下您说的方法,不懂再来请教您 :grinning:

想请教一下,定义动网格推板是刚体运动后,那个重心该怎么设置,还有那个网格划分选项里的单元高度该怎么设置?

这太细节了,你需要找书看看,或者看看流沙大哥的博客/公众号。


想请假一下出现这种情况一般是由什么原因导致的 :grinning:

你好, 王布1

你问的问题都非常细,有些地方我也无法给出答案。有些问题,你自己想一想,查查资料(流沙大哥的fluent资料就很好),看看论文(这一点很重要),应该就可以解决,不应该事无巨细的追问。

另外你可能需要注意提问的方式方法。第一,”提问题“ 应该把问题描述清楚,最好能加上自己的思考结果;第二,“回答问题”,应该对回答表示感谢,还要给出上次回答的反馈,如果某方法比较好,还可以共享给大家。

对于今天这一问题,我没有能力回答。

感谢大佬指正,初来咋到不太懂规矩。关于前面出现的负体积问题已经通过调重心坐标解决了,重心坐标我定的是推板的中点(设置deforming应该也是个不错的解决方法)。然后关于这个0.4hz频率的聚焦波后半段不规则,这个问题在我这里已经存在一个多月了,一直没有解决,然后想在这里请教一下。这个问题在0.6hz的聚焦波中就不会出现。我的想法:可能是udf消波段那个阻尼系数导致的这个问题,我尝试修改了很多次系数,依旧没有解决。
流沙大哥的cfd之道公众号我一直有关注,上面干货确实很多,但是我看到的他的相关造波视频都是基于明渠造波,没有找到与目前遇到问题相关的算例(也可能是我没找到)。
如果有指导性建议的话,请告知我一下,带着方向解决问题会好很多。
再次感谢指导!