SRS模型｜06 初始条件与边界条件

本文描述SRS模型应用过程中的所涉及的初始条件及边界条件处理。

6.1 SRS的初始条件

在大多数情况下，最好使用RANS模型计算结果来初始化SRS模型。对于基于底层RANS模型的全局混合RANS-LES模型(SAS、DDES/SDES/SBES)尤其如此。

对于纯LES或WMLES，ANSYS Fluent通过使用合成湍流生成器将湍流从RANS模式转换为LES模式（solve/initialize/init-instantaneous-vel），提供了一个初始化流动的选项。应谨慎使用此选项，因为它有时会对模拟的稳健性产生不利影响。此选项应主要用于在入口/界面处没有产生合成湍流以及固有流动不稳定性不足以自行产生解析湍流的情况下。一个典型的例子是在流动方向上具有周期性边界条件的渠道流的LES。对于此类流动，如果不提供初始扰动，即使在超临界（湍流）雷诺数下，求解器也可以返回层流解。

在 ANSYS CFX 中，合成湍流在 ZLES 设置的 LES 区域内的第一个时间步长中自动生成。

6.2 SRS的边界条件

6.2.1 入口边界

入口条件的选择应基于流动的物理特性，并以与RANS计算类似的方式应用。

对于全局模型（SAS、DDES/SDES/SBE），使用标准（通常为稳态）RANS入口条件。

对于LES或WMLES，应在入口处提供合成湍流。

6.2.2 出口边界

如果可能的话，outflow或平均压力出口要比恒定压力出口好，因为漩涡在边界上携带非恒压分布。对于某些声学计算，如射流噪声，通常需要使用non-reflecting边界条件。

6.2.3 壁面边界

对于除LES以外的所有模型，使用约为y =1的低y 值。然而这些模型是以y 不敏感的方式制定的，因此只要整体边界层网格分辨率足够，就可以容忍较大的y 值。

对于LES，通常必须应用壁面函数，以避免近壁面的高分辨率要求。流向（x）、法线（y）和展向（z）方向上的壁分辨率是耦合的：

6.2.4 对称与周期

在大多数情况下，即使几何形状和时间平均流动相对于给定平面对称，也不能在与解析湍流区邻近的区域中采用周期性或滑移条件，原因是非定常湍流不会立即服从对称性，故对称边界的应用将对解析的尺度施加非物理约束。因此如果可能(例如，如果在域的另一端有匹配的平面)，则必须计算完整的域，或者在这些平面上应用周期性条件(例如，如果在域的另一端有匹配的平面)。

如果解析的湍流仅限于不接触这些边界的区域，则可以使用对称和滑移壁面条件。

周期性条件可能导致轴对称情况出现问题。当半径接近零时，区域的周向尺寸变为零，周期性条件不允许存在有限尺寸的湍流结构。一个例子是轴对称管道中的流动。如果要计算圆周方向上具有周期性条件的管段中的流动，则应将轴附近的解析涡的大小限制为零。这是不正确的，其将大大改变计算结果。因此，此类模拟必须在全360°模型下进行。

注意，在流经环形段的情况下，情况会有所不同，其中轴被排除在SRS域之外。周期性可应用于的情况，其中R2为环形段的外半径，R1为环形段的内半径，C为1阶（个位数）或更大的常数。

本文译自《Best Practice: Scale-Resolving Simulations in ANSYS CFD》
原文作者：F.R. Menter