1、測試算例： 各向同性（衰減）湍流DNS1. 總體描述 數(shù)據(jù)位置：天河 -1 ， /training/isotropic問題描述：邊長為2冗的立方體內(nèi)充滿粘性可壓縮流體，初始時刻人為設(shè)定為滿足某種能譜分布的隨機流動（非物理的） 。在不受外力的情況下，該立方體內(nèi)的流體按照物理規(guī)律進行演化。 隨著時間的演化， 初始的非物理性逐漸消失， 流動接近實際的湍流狀態(tài)。 當(dāng)時間足夠長時， 可以人為該區(qū)域的湍流是物理的。 可對該流場進行分析。在本算例中，該問題并非用于進行各向同性湍流的機理研究，而是用來考核計算方法。 重點關(guān)注：湍動能的衰減過程。能譜。由于數(shù)值粘性會加快湍能的時間衰減過程并使得能譜的高波數(shù)分量衰

2、減加快，因而可用來測試數(shù)值方法的耗散性及分辨率。參考文獻：Samtaney R, Pullin D, Kosovic B. Direct numerical simulation of decaying compressible turbulence and shocklet statistics, Phys. Fluids. 2001,13(5): 1415-1430.李新亮 . 可壓縮均勻各向同性湍流的直接數(shù)值模擬。中國科學(xué) , 32(8): 716-724,20023.第 7 章。傅德薰， 馬延文， 李新亮， 王強 . 可壓縮湍流直接數(shù)值模擬， 科學(xué)出版社，具體計算步驟）建立工作目錄）

3、編譯 opencfd-1.8.5a, 得到可執(zhí)行文件opencfd-1.8.5a.out ， 拷貝入工作目錄。） 準(zhǔn)備初值128 3 網(wǎng)格點的初值文件為：/training/isotropic/init/init-128-Re60.dat.該文件為 opencfd 格式，將其鏈接到工作目錄的 opencfd.dat 文件，即ln - s /training/isotropic/init/init-128-Re60.dat ./opencfd.dat（初值數(shù)據(jù)描述： 該初值文件實際上是一個不可壓縮各向同性衰減湍流DNS計算的一個瞬時流場， 并設(shè)定密度及溫度均為常數(shù)， 得到的可壓縮湍流初始場） 。

4、）準(zhǔn)備控制文件opencfd.in（ 參考 /training/isotropic/case-128/opencfd.in） 提交作業(yè)，進行計算如：yhrun - n 8 - p TH_NET ./opencfd-1.8.5a.out6)數(shù)據(jù)分析A:湍動能 一程序運行過程中，會記錄各統(tǒng)計量隨時間變化的情況。數(shù)據(jù)記錄在statistics.dat 中。各列數(shù)據(jù)的含義依次為：t,計算時間Re a用Taylor尺度及均方根速度定義的 Reynolds數(shù)Re； = 2rm上Re?x,用Taylor尺度及x方向均方根速度定義的 Reynolds數(shù)Mt湍流Mach數(shù)Mt222rms . V rms . W

5、 rmsVrms脈動速度均方根(三個方向的平均值)=J(U2rms+Vms十w2rms) / 3Urms , Vrms , Wrms三個方向的脈動速度均方根S(u) , F(u)脈動速度的偏斜因子，平坦因子S(Ux), F(Ux)速度導(dǎo)數(shù)的偏斜因子，平坦因子1 -Ek 湍動能 Ek = PuiUi2Rms脈動速度均方根T , 口，P平均溫度、粘性系數(shù)、密度uxrms速度導(dǎo)數(shù)均方根T Taylor 尺度在本測試算例中，主要關(guān)注湍動能 Ek (或脈動速度均方根 Vrms)隨時問t變化的曲線。 采用不同數(shù)值方法計算，畫出Ek=Ek(t)的曲線，并與“精確解”進行比較，說明數(shù)值方法的優(yōu)點。其中“精確解

6、”可以是一種公認的高精度方法(例如譜方法)的結(jié)果。 也 可以是更密網(wǎng)格上的計算結(jié)果。例如，采用2563網(wǎng)格點計算本問題的結(jié)果(要將初始值插值到2563網(wǎng)格上，最好采用譜插值等高精度插值方法)。7）數(shù)據(jù)分析B:能譜計算到足夠長時間，通常是一個以上的大渦翻轉(zhuǎn)時間（Large eddy turn-over time,見參考文獻1,3）,流場已經(jīng)“忘記” 了初始的非物理性 （對 于本初值，建議t1.5 ）。分析該時刻的流場的能譜。具體步驟為：A.將該瞬時流場文件鏈接為opencfd.datB.運行能譜分析程序 Energy-spectrum-FFT3d-v1.1.f90（ft/training/iso

7、tropic/analysis中）。運行時，需要輸入 Reynolds數(shù)（計算Re,、時使用），請根據(jù)opencfd.in中的值，輸入 Reynolds數(shù) （例如305.1 ）。運行后，產(chǎn)生能譜文件Energy-spectrum.dat 。該文件第1列為波數(shù)k,第 二列為能譜的幅值E（k）.繪制出該能譜，并與“精確解”的能譜進行比較。驗證程序的可靠性。“精確解”由于可壓縮湍流的復(fù)雜性，尚無法計算流動的理論解。但可以用更高精度、更高分辨率的數(shù)值解作為理論解。例如，可以用譜方法的數(shù)值解，或者是更密集網(wǎng)格情況下高精度差分解。本算例采用2563的差分計算結(jié)果作為“精確解”。采用譜插值技術(shù)（源程序 為 interplot-fft3d.f90 ），將初值數(shù)據(jù) init-128-Re60.dat 插值為 2563 網(wǎng)格點 的數(shù)據(jù) init-256-Re60.dat.采用2563網(wǎng)格點，利用opencfd.dat計算（9階迎風(fēng)+10階中心格式），得 到湍動能的衰減曲線以及t=1.5時刻的能譜。作為“精確解”。