【摘 要】作者對比了Numeca网格、六面体结构网格、三棱柱网格在雷诺数为22000的方柱钝体LES模拟中的计算结果和计算效率。计算结果显示， Numeca网格的计算时间略快于另外两种网格。Numeca网格和三棱柱网格都能得到很好的平均风压系数、三分力系数的统计值。
【关键词】Numeca;LES;钝体绕流;结构抗风
中图分类号： V223 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）02-0071-002
【Abstract】The calculation results and efficiency of Numeca grid， hexahedral structure grid and triangular prism grid in LES simulation of square column with a Reynolds number of 22000 are compared. The results show that the calculation time of Numeca grid is slightly faster than that of the other two grids. Numeca grid and triangular prism grid can get good statistics of average wind pressure coefficient， three-component coefficients.
【Key words】Numeca; LES; Flow around bluff body; Structures under wind
0 引言
在进行数值模拟时候，不同网格的计算效率、计算结算也不同。本文采用NUMECA公司开发的HEXPRESS软件生成网格。该网格生成的基本思路是在流场中远离目标建筑的位置，网格从大到小，逐渐分裂。每一个大的长方体分裂成八个等大的长方体（或者不等大的长方体，可自由调节）。靠近目标壁面时通过一定网格畸变，使网格附着于目标。本文基于OpenFOAM软件，采用LES方法研究numeca网格、结构网格、三棱柱网格的计算效率与计算结果。本文主旨将Numeca网格引入到钝体绕流，证明了该种网格可以用较短的计算时间得到较好的计算结果，该网格类型提高钝体绕流和结构抗风领域数值模拟的计算效率。
1 数值计算方法
1.1 控制方程和湍流模型
不可压缩流体的Navier-Stokes和连续性方程如下所示。从左到右，项依次为瞬态项、对流项、压力项、粘度项，Navier-Stokes和连续性方程贯穿全文。
2 钝体绕流
钝体模型采用三种网格体系进行计算：Numeca非结构网格（Numeca）、结构网格（Structure）、三棱柱非结构网格（Prism）。三种网格体系的计算除了网格体系，其他参数均相同。图1为计算域，其中钝体的边长为d=1。雷诺数为22000。
2.1 边界条件设置
入流的边界条件为均匀入流，入流速度为0.3256m/s，满足雷诺数为22000。出口的边界条件为对流出流;左右两个面的边界条件为对称;上下两个平面边界条件为对称。
2.2 计算网格
本章节采用3个算例。Case1算例采用numeca网格，网格数为44万。Case2算例采用Structure网格，网格数为42万，Case3采用Prism网格，网格数为48万。图3为numeca网格体系，其中展向方向（Z方向），网格有80层。方柱表面的第一层网格的厚度，根据公式0.2d/√Re获得，计算结果为0.00135。
2.3 计算参数
时间步长为0.0025s，空间插值采用LUST，湍流模型为标准Smagorinsky，算法采用pimpleFoam。
2.4 计算结果
三个计算算例都采用24个并行。Case1用时16小时，Case2用时23小时，Case3用时18小时。
总上面的结果可以看出，Numeca网格的计算时间略小于另外两种网格。对于平均风压系数，Numeca网格计算结果更好，Prism网格次之，Structure网格结果有较大误差，这是由于结构网格在空间很难控制网格的疏密，而Numeca可以较好的在空间分配网格数量，将大多数网格产生在对计算结果有较大影响的区域，在壁面附近可以产生比Structure更多而且更均匀的网格。对于阻力系数和升力系数而言，结构网格的结果偏差较大，Numeca和Prism网格计算结果相近。
3 结论
本文在网格数较小的时候，对Numeca网格、结构网格、三棱柱网格进行了LES大涡模拟。通过对雷诺数22000的方柱扰流的les模拟，对比了三种网格的计算结果和计算时间。
（1）Numeca网格由于其网格基本为六面体且平行于流动方向，网格质量好，计算结果略快于另外两种网格。
（2）Numeca网格和Prism计算得到的平均风压系数、三分力系数统计值。而结构网格由于其尾流区网格质量较差，以及壁面网格数量较少，结果不是很好。
【参考文献】
[1]Bearman， P. W.， Obasaju， E. D.， 1982. “An experimental study of pressure fluctuations on fixed and oscillating square-section cylinders”. Journal of Fluid Mechanics， 119， 297-321.
[2]Lee， B. E.， 1975. “The effect of turbulence on the surface pressure field of a square prism”. Journal of Fluid Mechanics， 69（02）， 263-282.