利用ANSYS Fluent中的LES求解管道中的流动问题
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本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了使用ANSYS Fluent中的LES求解管道中流动问题的方法。与RANS相比，LES需要更精细的网格和更小的时间步长，计算成本更高。首先，在ICEM CFD中生成计算网格，包括创建3D bounding block、关联edge、进行O型切分、沿轴向指定网格节点数量、指定edge上节点数量等。然后，定义几何周期条件、定义Block的周期性、转换网格并输出。接下来，进行LES设置，包括稳态RANS计算参数、激活Large Eddy Simulation、估算时间步长等。最后，设置时间步长及时间步数开始计算。需要注意的是，确保在每一步中，残差下降2个数量级，并在2-3个流动时间内达到统计上的稳定状态。在达到统计稳定状态之前，不要收集任何不稳定的统计数据。
本文演示利用ANSYS Fluent中的LES求解管道中的流动问题。
与RANS相比，LES模拟需要更精细的网格及更小的时间步长，其计算成本远远高于RANS。
1 问题描述
本案例计算的几何模型较为简单，为一个长2.5 m，直径0.2 m的管道。
2 网格设计
在ICEM CFD中生成计算网格。
创建3D bounding block，并关联edge
进行O型切分
沿轴向指定网格节点数量320
指定edge上节点数量为55
指定edge上节点数量为55
壁面法向方向网格尺寸指定，如下图所示
定义几何周期条件
定义Block的周期性
转换网格并输出，网格数量500多万
3 Fluent设置
LES需要在瞬态下计算，为节省计算时间，可以先计算稳态RANS。
稳态RANS计算参数：
Steady计算
SST k-omega湍流模型
介质：air
利用命令
/mesh/modify-zones/make-periodic创建周期边界
如下图所示指定周期压力梯度为100 pa/m
其他采用常规设置
RANS计算完毕后中切面速度分布如图所示。
计算完毕后在TUI窗框输入命令
solve/initialize/init-turb-vel-fluctuations给速度添加脉动
如下图所示激活Large Eddy Simulation
估算时间步长
确保CFL数小于1。CFL数通过下式进行计算
控制CFL数约为0.5，由前面计算得到主流区速度U=22.4 m/s，网格尺寸Δx=1e-4m，可估算出时间步长为4.48e-5 s。
设置时间步长及时间步数开始计算
注：这个计算量以天为单位。
需要注意：
确保在每一步中，你的残差下降2个数量级。
可以在2-3个流动时间(FTT)内达到统计上的稳定状态，1个FTT被定义为一个颗粒穿越整个区域所花费的时间（本案例约为2.5/22.4=0.1117 s）。在达到统计稳定状态之前，不要收集任何不稳定的统计数据。
达到统计收敛后，可以切换采样时间间隔和非稳态数据采集。同时可以监测CFL数值，绘制湍流演化的q准则。
计算结果类似下面这张。
