[发明专利]一种用于数值模拟的湍流入口生成方法

摘要

本发明一种用于数值模拟的湍流入口生成方法，步骤一、采用已知固定入口平面参数条件的定常计算模型，得到整个数值模拟区域的平均参数，选取回收平面，并存储回收平面的平均参数；步骤二、设定数值模拟非定常湍流的初始条件；步骤三、提取回收平面的脉动信息；步骤四、获取入口平面的湍流脉动；步骤五、生成湍流入口条件。本发明能够提供一种用于非定常湍流流动数值模拟的湍流入口生成方法，该方法简单易行、便于控制、过渡到充分发展湍流的时间短。

主权项

一种用于数值模拟的湍流入口生成方法，包括以下步骤：步骤一、采用已知固定入口平面(3)参数条件的定常计算模型，得到整个数值模拟区域(1)的平均参数，选取回收平面(4)，并存储回收平面(4)的平均参数；入口平面(3)的参数条件其中为入口平均流向速度，为入口平均横向速度，为入口平均展向速度，为入口平均压力，为入口平均温度，为入口平均密度；利用数值模拟软件得到整个数值模拟区域(1)的平均参数为平均流向速度，为平均横向速度，为平均展向速度，为平均压力，为平均温度，为平均密度；回收平面(4)的平均参数分别为回收平面(4)的平均流向速度、平均横向速度、平均展向速度、平均压力、平均温度、平均密度；步骤二、设定数值模拟非定常湍流的初始条件；在数值模拟区域的平均速度场上添加幅值为0.1≤A≤0.3的随机扰动作为三维流场的速度场初始条件(u0，v0，w0)，即其中u0为初始流向速度、v0为初始横向速度，w0为初始展向速度，Rand为平均值为0、大小为‑1≤Rand≤1的随机数；步骤三、提取回收平面(4)的脉动信息；回收平面(4)提取脉动信息Q′R＝(u′R，v′R，w′R，p′R，T′R，ρ′R)，其中u′R为回收脉动流向速度，v′R为回收脉动横向速度，w′R为回收脉动展向速度，p′R为回收脉动压力，T′R为回收脉动温度，ρ′R为回收脉动密度；QR′=QR-Q‾R;]]>其中QR和分别为回收平面(4)的瞬时和平均流动参数；步骤四、获取入口平面(3)的湍流脉动；根据湍流边界层(2)的相似理论将回收平面(4)提取的脉动信息Q′R变换后作为入口平面(3)的湍流脉动Q′I＝(u′I，v′I，w′I，p′I，T′I，ρ′I)，其中u′I为入口脉动流向速度，v′I为入口脉动横向速度，w′I为入口脉动展向速度，p′I为入口脉动压力，T′I为入口脉动温度，ρ′I为入口脉动密度，即Q′I＝F(Q′R)其中F为湍流边界层相似理论给出的变换函数；步骤五、生成湍流入口条件；1)将入口平面(3)的湍流脉动Q′I＝(u′I，v′I，w′I，p′I，T′I，ρ′I)放大，添加到入口平面(3)的时均流场参数上，得到湍流入口条件；即QI=Q‾I+CQI′]]>其中1.0≤C≤2.0为脉动放大系数；2)经过1～2个流动特征时间，流动特征时间为流体以自由流速度从入口平面(3)运动至回收平面(4)所需的时间，流场中形成周期性的大尺度结构，恢复系数C＝1.0。