一种湍流壁面函数模型计算方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种湍流壁面函数模型计算方法，所述方法可以选取相似性参数Rc；接着，根据选取的相似性参数及平板直接数值模拟数据，标定Rc

【技术实现步骤摘要】
一种湍流壁面函数模型计算方法及装置


[0001]本申请属于湍流模型技术的研究领域，特别涉及一种湍流壁面函数模型计算方法及湍流壁面函数模型计算装置。

技术介绍

[0002]湍流是不规则、多尺度、有结构的流动，一般是三维、非定常的，具有很强的扩散性和耗散性。从物理结构上看，湍流是由各种不同尺度的带有旋转结构的涡叠合而成的流动，这些涡的大小及旋转轴的方向分布是随机的。用湍流湍流模型模拟湍流，可更好地了解湍流的特性，给湍流的研究提供可靠数据，使涉及在湍流中移动的设备的设计有数据可以依赖。
[0003]现有技术中，湍流边界层模拟采用壁面函数，可以大大减少壁面网格的依赖性，放宽近壁第一层网格的尺度，从而减少整体网格量降低计算成本。虽然常用的“两层壁面函数模型”（近壁线性与对数律区的对数模型）壁面摩擦速度u
τ
均可以显式表达，但两层模型由于分段处理，容易造成平均速度的不连续，实际使用过程中也不太方便；而“Spalding统一壁面函数”虽然表达式连续，从底层到对数律区可以一致满足，但求解该函数本身需要进行额外的数值方法，影响了程序求解效率。
[0004]针对上述问题，本申请提出一种湍流壁面函数模型计算方法及装置。

技术实现思路

[0005]为了解决所述现有技术的不足，本申请提供了一种湍流壁面函数模型计算方法，所述方法可以构造壁面函数；接着，根据选取的相似性参数及平板直接模拟数据构造壁面函数，标定Rc
‑
y+；然后，根据y
+
确定湍流壁面函数中第一层网格的湍流涡粘性系数μ
t
。本申请湍流壁面函数模型计算方法避免了函数表达式的分段；同时在求解壁面量时不需要额外的数值方法进行迭代求解，可以显式得到相关壁面参数；此外绕开了壁面摩擦速度的求解，适用性更广，具有简单鲁棒且高效的特征。
[0006]本申请所要达到的技术效果通过以下方案实现：本申请提供一种湍流壁面函数模型计算方法，所述方法包括：构造壁面函数；根据选取的相似性参数及平板直接模拟数据构造壁面函数，标定Rc
‑
y+；根据y
+
确定湍流壁面函数中第一层网格的湍流涡粘性系数μ
t
；其中，y
+
为壁面流动位置的无量纲参数，用于定量刻画流动所在位置。
[0007]可选地，所述构造壁面函数，包括：定义无量纲的相似性参数，所述相似性参数包括网格单元雷诺数：、用来构造湍流模型的湍流雷诺数：、以及用来构造转捩模
型涡量雷诺数：；从所述相似性参数中，选取具有与y
+
的相似性规律，且不同雷诺数截面的分布贴合度高的标定相似性参数：网格单元雷诺数R
c
；利用所述标定相似性参数构造壁面函数Rc
‑
y
+
。
[0008]可选地，所述根据壁面函数，标定Rc
‑
y
+
，包括：根据湍流壁面函数确定边界层较高雷诺数的剖面数据；根据剖面数据标定Rc
‑
y
+
： 。
[0009]可选地，所述方法先根据第一层网格单元的基本流动量求出网格单元雷诺数R
c
后，得到相应的y
+
，而后，根据y
+
确定湍流壁面函数模型中网格单元的壁湍流涡粘性系数μ
t
，包括：在Spalding壁面函数中，将该函数的y
+
对u
+
求导，且根据反函数导数关系，可以得到： ；其中，常数κ为0.41，B为5.5，e为自然对数函数的底数；进而可以得到湍流涡粘性系数μ
t
与壁面层流粘性系数μ
w
的关系式：；其中，u
+
为无量纲参数，表示壁面附近流体速度与摩擦速度的比值，用于描述流体速度分布。
[0010]可选地，上述公式需要先数值求解壁面关键参数壁面摩擦速度u
τ
，根据摩擦速度唯一确定y
+
和u
+
，根据DNS数据标定: ；进而可以得到湍流涡粘性系数μ
t
与壁面层流粘性系数μ
w
的关系式：。
[0011]第二方面，本申请还提供一种湍流壁面函数模型计算装置，所述装置包括：选取模块，用于选取相似性参数Rc；标定模块，用于根据选取的相似性参数及平板直接模拟数据构造壁面函数，标定Rc
‑
y
+
；确定模块，用于根据y
+
确定湍流壁面函数中第一层网格的湍流涡粘性系数μ
t
；其中，y
+
为壁面流动位置的无量纲参数，用于定量刻画流动所在位置。
[0012]第三方面，本申请还提供一种可读介质，所述可读介质包括执行指令，当电子设备的处理器执行所述执行指令时，所述电子设备执行如第一方面任一所述的方法。
[0013]第四方面，本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器以及存储有执行指令的存储器，当所述处理器执行所述存储器存储的所述执行指令时，所述处理器执行如第一方面任一所述的方法。
[0014]本申请具有以下优点：本申请提供了一种湍流壁面函数模型计算方法，所述方法选取相似性参数Rc；接着，根据选取的相似性参数及平板直接数值模拟数据，标定Rc
‑
y
+
；然后，根据y
+
确定湍流壁面函数模型中第一层网格的湍流涡粘性系数μ
t
。本申请湍流壁面函数模型计算方法避免了函数表达式的分段；同时在求解壁面量时不需要额外的数值方法进行迭代求解，可以显式得到相关壁面参数；此外绕开了壁面摩擦速度的求解，适用性更广，具有简单鲁棒且高效的特征。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本申请中一实施例中所述湍流壁面函数模型计算方法的流程图；图2为本申请中一实施例中R
c
‑
y
+
相似性分布图；图3为本申请中一实施例中Re
k
‑
y
+
相似性分布图；图4为本申请中一实施例中Re
ω
‑
y
+
相似性分布图；图5为本申请中一实施例中R
c
‑
y
+
相似性标定分布图；图6为本申请中一实施例中与DNS数据对比图；图7为本申请中一实施例中所述湍流壁面函数模型计算方法与Spalding公式计算的对比图；图8为本申请中一实施例中平板流场图；图9为本申请中一实施例中平板定量摩阻分布图；图10为本申请中一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湍流壁面函数模型计算方法，其特征在于，所述方法包括：选取相似性参数Rc；根据选取的相似性参数及平板直接模拟数据构造壁面函数，标定Rc
‑
y
+
；根据y
+
确定湍流壁面函数模型中第一层网格的湍流涡粘性系数μ
t
；其中，y
+
为壁面流动位置的无量纲参数，用于定量刻画流动所在位置。2.如权利要求1所述的一种湍流壁面函数模型计算方法，其特征在于，所述构造壁面函数，包括：定义无量纲的相似性参数，所述相似性参数包括网格单元雷诺数： 、用来构造湍流模型的湍流雷诺数：、以及用来构造转捩模型的涡量雷诺数：；其中，ρ为流体密度，u为速度，y为到壁面距离，μ为分子粘性，k为湍动能，Ω为涡量；下标w表示壁面量；从所述相似性参数中，选取具有与y
+
的相似性规律，且不同雷诺数截面的分布贴合度高的标定相似性参数Rc；利用所述标定相似性参数构造壁面函数公式Rc
‑
y
+
。3.如权利要求1所述的一种湍流壁面函数模型计算方法，其特征在于，所述根据壁面函数，标定Rc
‑
y
+
，包括：根据湍流壁面函数确定边界层较高雷诺数的剖面数据；根据剖面数据标定Rc
‑
y
+
：；其中，R
c
为网格单元雷诺数，y
+
为壁面流动位置的无量纲参数，用于定量刻画流动所在位置。4.如权利要求1所述的一种湍流壁面函数模型计算方法，其特征在于，所述方法先根据第一层网格单元的基本流动量求出网格单元雷诺数R
c
后，得到相应的y
+
，而后，根据y
+
确定湍流壁面函数模型中网格单元的湍流涡粘性系数μ
t
，包括：在Spalding...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕林，袁先旭，罗灿炎，杜昊，孟爽，李雪亮，童福林，唐志共，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：