A Pera Global Company © PERA ChinaANSYS FLUENT 培训教材 第九节：瞬态问题安世亚太科技（北京）有限公司A Pera Global Company © PERA China动机n自然界几乎所有流动都是瞬态的 – 下列情况可以近似为稳态: • 忽略瞬态的脉动 • 引入整体的时间平均来消除瞬态影响nCFD中使用稳态方法的好处是 – 更少的计算资源 – 更容易后处理和分析n许多应用要求使用瞬态求解: – 气动（飞机、机车等） – 涡脱落 – 旋转机械 – 动静干涉，失速，喘振, – 多相流– 自由液面，气泡动力学 – 变形域– 内燃机燃烧，投放 – 瞬态换热 – 瞬态加热或冷却 – …...A Pera Global Company © PERA China瞬态流动的根源n自然发生的瞬态流动– 由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动– 例如：自然对流，湍流涡，流动波（重力波、激波）n强迫瞬态流动– 时间平均的边界条件，源项引起的瞬态流动– 例子：喷嘴的脉冲，旋转机械的动静干涉Kelvin-Helmholtz Cloud InstabilityBuoyant Box Falling Into a Pool of WaterA Pera Global Company © PERA China瞬态CFD分析n模拟指定时间内的瞬态流场– 可以通过以下方法求解:• 稳态解 – 流场不再随时间变化• 时间周期解 – 流场形态随时间脉动重复出现– 目标可以简化为分析预定时间间隔的流动• 自由表面流• 移动的激波• 等等n抽取关心的变量– 特征频率 （如：斯德鲁哈尔数）– 时间平均或/RMS值– 时间相关的参数（如，热固体的冷却时间，污染物的停留时间）– 特殊数据（快速傅立叶变换）A Pera Global Company © PERA China瞬态流动模拟流程n激活瞬态求解器n设置物理模型和边界条件 – 允许设置瞬态边界条件–UDF 或分布文件n指定初场 – 最好用有物理意义的初场，如稳态流场n求解器设置，监测设置n设置动画和数据输出选择n选择时间步和最大迭代次数n设定时间步数n计算A Pera Global Company © PERA China激活瞬态求解器n在 General 菜单下选择Transient 按钮:n开始执行迭代前，需要设置附加的控制– 求解器设置– 动画– 数据输出 /自动保存选项A Pera Global Company © PERA China选择瞬态时间步长n在Run Calculation菜单中设置时间步长， t – t 必须小到能解析和时间相关的特征。
确定每个时间步的最大迭 代步内能收敛 – 时间步大致可按照下面公式估计:– 也可以选择能解析流动特征的时间步（在指定脉动周期的情况下 ）n指定零时间步时迭代，求解器会仅仅在当前时间步下收敛n对许多瞬态流动，PISO格式有助于加速收敛A Pera Global Company © PERA China瞬态模型选择 n自适应时间步长– 基于局部截断误差自动调整时间步长– 可以通过 UDF指定n时间平均的统计– 在使用 LES 时需要使用n在使用密度基求解器时，Courant 数定 义了:– 密度基显式求解器的全局时间步长– 密度基隐式求解器的伪时间步长• 真实时间步长仍然必须在迭代面板中 定义A Pera Global Company © PERA China瞬态流动模型 – 动画n必须在计算前设置动画– 动画帧在计算中写出并存储A Pera Global Company © PERA China创建动画的其他方法n另外一个创建动画的方法是 利用Execute Commandsn可以通过文本命令或宏定义 在预定的迭代步或时间间隔 ，执行哪些操作n这种方法在创建高质量的动 画结果时有用– 定义生成动画帧（云图、 矢量图等）并存储文件的 命令.– 利用第三方软件把这些文 件链接成动画文件(AVI, MPG, GIF, 等)A Pera Global Company © PERA China执行迭代n最通常的时间推进格式是迭代格式 – 求解器在当前时间步收敛然后推 进到下一个时间步 – 当Max Iterations/Time Step 达到 时，或者收敛标准满足时，时间 推进到下一步 – 各时间步依次收敛直至达到总时 间步n必须定义初始化 – 设置流体域的初始质量和流场的 初始状态n非迭代时间推进法 (NITA) 可以用于 更快速的计算时间A Pera Global Company © PERA China收敛行为n瞬态计算的残差图不一定能说明收敛n下图显示了简单问题的瞬态计算残差图n时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级– 这将确保瞬态行为被解析A Pera Global Company © PERA China瞬态模拟的技巧n压力-速度耦合采用 PISO 格式，比标准SIMPLE 格式更易收敛n选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级n每个时间步的迭代次数大约20次，减少时间步长比增加每步的迭代次数要好。
n记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要，初场一定要 符合真实物理条件n在计算前定义希望得到的动画谢谢A Pera Global Company © PERA China。