《【2017年整理】fluent算法的一些说明》由会员分享,可在线阅读,更多相关《【2017年整理】fluent算法的一些说明(32页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、FLUENT-manual 中解算方法的一些说明,摘录翻译了其中比较重要的细节,希望对初学 FLUENT 的朋友在选择设置上提供一些帮助,不致走过多的弯路。) |3 H+ P0 _* S# H5 I9 P4 A/ l! Q5 w: b5 u* c2 t离散 I7 J h) V2 W# _1、 QUICK 格式仅仅应用在结构化网格上,具有比 second-order upwind 更高的精度,当然,FLUENT 也允许在非结构网格或者混合网格模型中使用 QUICK 格式,在这种情况下,非结构网格单元仍然使用 second-order upwind 格式计算。2 、MUSCL 格式可以应用在任何网
2、格和复杂的 3 维流计算,相比 second-order upwind,third-order MUSCL 可以通过减少数值耗散而提高空间精度,并且对所有的传输方程都适用。third-order MUSCL 目前在 FLUENT 中没有流态限制,可以计算诸如冲击波类的非连续流场。( c9 j& d f) # U3、有界中心差分格式 bounded central differencing 是 LES 默认的对流格式,当选择 LES 后,所有传输方程自动转换为 bounded central differencing 。4 、low diffusion discretization 只能用在亚音
3、速流计算,并且只适用于implicit-time,对高 Mach 流,或者在 explicit time 公式下运行 LES ,必须使用 second-order upwind 。5、改进的 HRIC 格式相比 QUICK 与 second order 为 VOF 计算提供了更高的精度,相比 Geo-Reconstruct 格式减少更多的计算花费。6 、explicit time stepping 的计算要求苛刻,主要用在捕捉波的瞬态行为,相比 implicit time stepping 精度更高,花费更少。但是下列情况不能使用explicit time stepping:/ K# g7 Y
4、: v0 W5 L% E3 Q& I- t(1)分离计算或者耦合隐式计算。explicit time stepping 只能用于耦合显式计算。(2)不可压缩流计算。Explicit time stepping 不能用于计算时间精度不可压缩流(如除了理想气体的气体定律)。不可压缩流计算必须在每个时间步迭代至收敛。(3)收敛加速。FAS multigrid 与 residual smoothing 在 explicit time stepping 条件下破坏时间精度。7 、node-based 平均格式比默认的 cell-based 格式在非结构网格特别是三角形和四面体网格的计算上更精确。) z,
5、 n; b6 s/ s8 分离解算器(solution controls)1、当 standard pressure 插值格式无效的时候,可以考虑:* H% L) Z p2 Y5 J$ (1)linear 格式,相邻单元的压力平均作为计算面压力。. b. : _5 s0 K- s5 ! ?(2)second-order 格式,通过 2 阶精度对流项重构面压力改进 standard 与 linear 格式,但是如果网格质量很差的话,计算会有问题。并且,second-order 不适合于多孔介质引起的非连续压力梯度流以及 VOF 与 mixture 多相流计算。/ F D, b/ & w9 F+
6、L8 o& z(3)body-force-weighted 通过假设压力和体积力之间差异的标准梯度是常数来计算面压力。如果体积力在动量方程中优先知道的话,如浮力,轴对称旋转流计算,可以获得较好的效果。2、当模型中包含多孔介质,body-force-weighted 格式只计算无孔面,并且考虑外体积力(gravity, swirl, Coriolis)以及由于密度的迅速改变而导致的压力梯度(natural convection, VOF)的非连续性。所有内部和外部的多孔面按照特定的格式处理,保证法向速度通过单元面的连续性而不管阻力是否连续。2 r& H7 ; W/ v& l3、PRESTO! 适
7、用于所有类型的网格,但是对三角形和四面体网格,并不能提供比其他算法更高的精度。4、second-order upwind 与 QUICK 格式不适用于可压缩多相流中密度的定义。first-order upwind 用于可压缩相的计算,算术平均法用于不可压缩相的计算。由于计算稳定性的原因,推荐在计算可压缩流时,先使用 first-order 格式,然后转向高精度格式。5、PISO 算法的目的是减少 SIMPLE 与 SIMPLEC 在求解压力修正方程过程中的反复计算 ,在每次迭代中需要占用更多的 CPU 时间,但是可以显著地的减少收敛所需要的迭代步数,特别是针对瞬时问题。# W B& P8 G
8、1 W1 q+ f- l8 f选择解算模式1、segregated solver 常规上用做不可压缩流和轻微可压缩流计算,coupled solver 最初用做高速可压流的计算。当前这两种解算方式都适用于大范围的流体计算(从不可压到高度可压),但是 coupled solver 在高速可压流计算中具备一定的优势。2、默认条件下,FLUENT 使用 segregated solver,但是高速可压流,具有强烈体积力(浮力,旋转力)的耦合流以及非常精细网格的流动,可以选择coupled implicit solver ,计算中运动方程与能量方程耦合,收敛速度更快但是比 segregated sol
9、ver 消耗更多的内存。如果电脑内存不足,可以使用segregated solver 或者 coupled explicit solver,但是 coupled explicit solver 需要更长的时间达到收敛。, W# M3 % 5 M* 7 a1 L3、下列 segregated solver 物理模型不适用于 coupled solvers:(1)空化模型,VOF 模型,混合多相流模型,Eulerian 多相流模型* W2 q + G8 F% M B& V(2)多孔介质(3)非预混燃烧模型,预混燃烧模型,不完全预混燃烧模型(4)PDF 传输模型; v8 H |3 j2 ; C(5)
10、Soot 与 NOx 模型 7 m; J5 o: |, E& m; x. r, U(11)辐射模型(12)熔化/凝固模型(13)壳传导模型$ E7 |7 R6 S& U. k7 Y(14)操作压力变化 5 Z, Y* r, G Z& E(15)周期性流动4、下列不能使用 segregated solver,必须使用 coupled solvers:$ ?; x O. e9 b9 H2 c(1)真实气体模型(非理想气体)8 H3 w9 |* Q! M# A1 C(2)自定义的真实气体模型 4 R! V( L% x3 v* Z: C0 + M(3)非反射边界条件(4) laminar flames
11、 I H7 y! F8 / t( x& ( F9 Z& A% 9 d* O$ l* A a离散格式) j# r- 1 s( b u6 V B, Pfirst-order 格式具有较好的收敛性但是精度低,多数情况下计算开始应使用second-order。某些情况下可以先使用 first-order 然后转为 second-order。如果 second-order 收敛困难,用 first-order。在模型简单的结构网格计算上,first-order 解算精度与 second-order 区别不大。) o2 ) c! I + T% A6 QQUICK 在结构网格条件下计算旋转流场与涡流比 se
12、cond-order 提供更高的精度,通常情况下,second-order 是足够有效的,使用 QUICK 不会提高精度。power law 也可能用到,但是只有 first-order 精度。中心差分仅仅用在湍流模型,并且网格必须足够精细而且局部 Peclet 数要小于1。/ / / k5 B0 a% x压力插值格式选择( n. , w: c) _; 1、如果问题包含大的体积力,推荐使用 body-force-weighted 。2、高涡流数,高 Rayleigh 数自然对流,高速旋流,多孔介质以及强烈的曲体流,推荐 PRESTO! 。& 0 w$ l4 F$ s t9 N3、可压缩流推荐
13、second-order。4、当其他格式无效时使用 second-order 提高精度。5、second-order 不能用在多孔介质以及多相流计算。密度插值格式选择: x% ; 9 2 m! o m0 1 R* V6 R多相可压缩流只能使用 first-order。+ q( p8 x9 B j3 c: 8 m V计算产生冲击波的可压缩流,强烈推荐在四边形、六面体或者混合网格条件下所有变量包括密度都使用 QUICK。压力速度耦合方式选择SIMPLEC 相比 SIMPLE 通常收敛更快,并且可以使用较大的松弛因子。但是比较复杂的湍流或者附加物理方程的计算,SIMPLEC 与 SIMPLE 基本没
14、有区别。强烈推荐在网格扭曲变形较大的情况下使用 PISO!。! $ % i/ g3 |7 v a A( c- i* Z x* jSIMPLEC 与 SIMPLE 在稳态计算中比 PISO!有效,PISO!在非稳态计算中更好。# l, ?1 l3 r V m( Q7 I7 o+ t8 7 C$ m, B网格除 low-Reynolds-number turbulence 与 LES 模型外,湍流计算模式中需要使用 wall functions,边界层使用粗网格,贴近壁面的网格不能过分精细,保证:30 0.85 for Quad/Hex, or skewness 0.9 for Tri/Tetra
15、 elements). what values do you have?2)Use of improper turbulent boudary conditions.3)Not supplying good initial values for turbulent quantities.出 现这个警告,一般来讲,最可能的就是网格质量的问题,尤其是 Y+值的问题;在划分网格的时候要注意,第一层网格高度非常重要,可以使用 NASA 的 Viscous Grid Space Calculator来计算第一层网格高度;如果这方面已经注意了,那就可能是边界条件中有关湍流量的设置问题,关于这个,本版中已经
16、有专门的帖子进行了 讨论,Fluent 培训的教程中也有讲到,请大家参考。24 在 FLUENT 运行计算时,为什么有时候总是出现“reversed flow”?其具体意义是什么?有没有办法避免?如果一直这样显示,它对最终的计算结果有什么样的影响? 这个问题的意思是出现了回流,这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些,有些 case 可能只在计算的开始阶段出现这个警告,随着迭代的计算,可能会消失,如果计算一段时间之后,警告消失了,那么对计算结果是没有什么影响的,如果这个警告一直存在,可能需要作以下处理:1.如果是模拟外部绕流,出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远,如果边界条件取的足够远,该处可能在计算的过程中的确存在回流现象;对于可压缩流动,边界最好取在 10 倍的物体特征长度之处;对于不可压缩流动,边界最好取在 4 倍的物体特征长度之处。2.如果出现了这个警告,不论对于外部绕流还是内部流动,可