[发明专利]充分发展湍流条件下的大涡模拟计算速度边界条件生成方法

摘要

本发明公开了一种充分发展湍流条件下的大涡模拟计算速度边界条件生成方法，1、向流体计算区域速度边界平面外拉伸网格，得到用于生成速度入口条件的新的流体计算区域；2、改变新计算域周向的几何平整度，促进湍流脉动的生成；3、完成新流体计算区域的空间离散化，网格要求拉伸区域端面上的网格与原始速度入口平面上的网格完全相同；4、将拉伸区域的端面设置为新速度入口，原始的速度入口平面设置为流体内部面，用于监测区域内的流型状况；5、在流体内部面处提取监测的速度分布，按固定频率将监测速度反馈至速度端面，实时更新速度边界值；本发明不引入额外的计算模型，实现过程简单易行，难度较低。

主权项

1.一种充分发展湍流条件下的大涡模拟计算速度边界条件生成方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：几何预处理过程：根据实际的流体计算区域的几何情况，选择某一平面作为流体的流入面，该面定义为速度边界平面，运用UG 10.0三维建模软件以速度边界平面为基准面沿该平面的外法线方向进行拉伸建模，得到用于生成速度入口条件的新的流体计算区域；得到的新的流体计算区域包含拉伸所得到的新流域体积、与基准面平行的端面及由基准面边界拉伸得到的周向表面；/n步骤2：新的流体计算区域几何变形过程：流体流经表面较为粗糙或变形率较大的流道时，容易产生涡结构，从而由层流流动状态转换为充分发展的湍流流动状态；因此，为了快速产生湍流流动状态，需要在新的流体计算区域建立相对复杂的粗糙表面；采用几何变形过程实现流道表面粗糙化的过程；/n步骤3：新的流体计算区域网格划分过程：网格划分采用商用网格划分软件实现，对网格本身的类型并无要求，只需满足大涡模拟模型的计算要求即可；但需要保证拉伸生成的新的流体计算区域的端面上的网格与原始的速度入口平面上的网格完全相同；/n步骤4：新的流体计算区域的边界平面类型设置过程：与原始的流体计算区域相同，需要的新的流体计算区域内设置边界条件；其中与基准面平行的端面设置为新的速度入口面；基准面边界拉伸得到的周向表面设置为墙边界面，在墙边界面处流体流动遵循无滑移边界条件，即流体速度为0；原始流体计算区域的速度边界平面设置为内部平面，即允许流体流过的平面，对流场没有影响，仅起到收集流场数据作用；/n步骤5：流体计算区域的速度边界值设置过程：本步骤设置新的流体计算区域的边界值，采用类周期性边界条件的方法，即在步骤4中设置的内部平面内的网格点处提取流场速度值，并传递至新的速度入口面作为速度边界条件；由此循环往复则实现在新的流体计算区域端面处的速度边界值迭代计算，由初始设置的均匀速度边界值通过若干时间步发展至充分发展湍流条件，用以支持大涡模拟计算需要的速度边界条件。/n