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FLUENT基本CFD少量概念问题

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FLUENT基本CFD少量概念问题_第1页
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1. 如何监视FLUENT的计算结果?如何判断计算是否收敛?在FLUENT中收敛 准则是如何定义的?分析计算收敛性的各控制参数,并说明如何选择和设置这 些参数?解决不收敛问题通常的几个解决方法是什么?怎样判断计算结果是否 收敛?可以采用残差控制面板来显示;或者采用通过某面的流量控制;如监控出口 上流量的变化;采用某点或者面上受力的监视;涡街中计算达到收敛时,绕流体 的面上受的升力为周期交变,而阻力为平缓的直线1) 观察点处值不再随计算步骤的增加而变化;2) 各个参数残差随计算步数的增加而降低,最后趋于平缓;3) 要满足质量守恒(计算中不牵涉到能量)或者是质量与能量守恒(计算中牵 涉到能量)特别要指出的是,即使前两个判据都已经满足了,也并不表示已经得到合理 的收敛解,因为,如果松弛因子设置得太紧,各参数在每步计算的变化都不是太 大,也会使前两个判据得到满足,此时就要看第三个判据还需要说明的是,一般我们希望在收敛情况下,残差越小越好,但是残差曲 线是全场求平均的结果,有时其大小并不一定代表计算结果的好坏,有时即使计 算残差很大,但结果是好的,关键要看计算结果是否符合物理事实,即残差的大 小与模拟的物理现象本身的复杂性有关,必须从实际物理现象上看计算结果。

比 如一个全机模型,在大攻角情况下,解震荡得非常厉害,而且残差的量级也总下 不去,但这仍然是正确的,因为大攻角下实际流动情形不断有涡的周期性脱落, 流场本身是非定常的,所以解也是波动的,处理的时候取平均2. 什么叫松弛因子?松弛因子对计算结果有什么影响?对计算的收敛情况又有 什么样的影响?1) 亚松驰(Under Relaxation):所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结 果的差值作适当缩减,以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散用通 用变量来写出时,为松驰因子( Relaxation Factors)2) FLUENT中的亚松驰:由于FLUENT所解方程组的非线性,我们有必要控制 变化用亚松驰方法来实现控制,该方法在每一步迭代中减少了变化量亚松驰最简单的形式:新的迭代步的值等于上一步的值和亚松驰因子a与两 者之间变化量积的和,即两个迭代步治之间的真正的变量是亚松弛因子与两个迭 代步数值之间差值的乘积分离求解器使用亚松驰控制每一步迭代中计算变量的更新这意味着使用 分离求解器的方程,包括耦合解算器所计算的非耦合方程(湍流和其他标量)都 有一个相关的亚松驰因子在 FLUENT 中,所有变量默认的亚松驰因子是对大多数问题的最优值。

这 个值适合于很多问题,但对于一些特殊的非线性问题(如:某些湍流或者高 Rayleigh 数自然对流问题),在计算开始时要慎重减小亚松驰因子使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯如果经过 4 到5 步的迭代残 差仍然增长,就需要减小亚松驰因子在亚松驰因子过大时,会发现残差开始增 加,可改变亚松驰因子重新计算最为安全的方法是对亚松驰因子做任何修改之 前先保存数据文件,并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数最典型情况,亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加,但是随着解的进行 残差的增加又消失了如果残差变化有几个量级就需要考虑停止计算并回到最初 保存的较好的数据文件注意:粘性和密度的亚松驰在每一次迭代之间,且如果 直接计算焓方程而不是温度方程(即:对 PDF 计算)基于焓的温度更新是要进 行亚松驰的要查看默认的亚松弛因子的值,可以在解控制面板点击默认按钮对于大多 数流动,不需要修改默认亚松弛因子但是,如果出现不稳定或者发散就需要减 小默认的亚松弛因子,其中压力、动量、k和e的亚松弛因子默认值分别为0.2, 0.5, 0.5 和 0.5对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子在密度和温度强烈耦合的问题中,如相当高的 Rayleigh 数的自然或混合对 流流动,应该对温度和/或密度(所用亚松弛因子小于 1.0)进行亚松弛。

相反, 当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度是常数,温度的亚松弛因 子可以设为1.0对于其它的标量方程,如漩涡,组分,PDF变量,对于某些问 题默认的亚松弛可能过大,尤其是对于初始计算可以将松弛因子设为0.8以使 得收敛更容易3. 在分离求解器中, FLUENT 提供了压力速度耦和的三种方法: SIMPLE, SIMPLEC及PISO,它们的应用有什么不同在 FLUENT 中,有标准SIMPLE 算法和 SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算 法默认SIMPLE算法但是对于许多问题如果使用SIMPLEC可能会得到更好 的结果,尤其是可以应用增加的亚松驰迭代时,具体介绍如下:对于相对简单的问题(如:没有附加模型激活的层流流动),其收敛性已经 被压力速度耦合所限制,通常用 SIMPLEC 算法很快得到收敛解在 SIMPLEC 中,压力校正亚松驰因子通常设为 1.0,它有助于收敛但是,有些问题中,将 压力校正松弛因子增加到1.0可能会导致不稳定对于所有的过渡流动计算,强 烈推荐使用 PISO 算法邻近校正它允许你使用大的时间步,而且对于动量和压 力都可以使用亚松驰因子1.0。

对定常状态问题, PISO 的邻近校正比具有较好亚松驰因子的 SIMPLE 或 SIMPLEC 算法差对具有较大扭曲网格的定常状态和过渡计算推荐使用 PISO 倾斜校正当使用PISO邻近校正时,所有的方程推荐使用亚松驰因子为1.0或接近1.0 如果只对高度扭曲网格使用 PISO 倾斜校正,设定动量和压力的亚松驰因子之和 为1.0 (如:压力亚松驰因子0.3,动量亚松驰因子0.7)如同时使用PISO两种 校正方法,推荐参阅PISO邻近校正中所用的方法4•在FLUENT定义速度入口时,速度入口的适用范围是什么? 速度入口的边界条件适用于不可压流动,需要给定进口速度以及需要计算的所有 标量值速度入口边界条件不适合可压缩流动,否则入口边界条件会使入口处的 总温或总压有一定的波动5. 如何选择单、双精度解算器Fluent 的单双精度求解器适合于所有的计算平台,在大多数情况下,单精度 求解器就能很好地满足计算精度要求,且计算量小但在有些情况下推荐使用双精度求解器:1) 如果几何体包含完全不同的尺度特征(如一个长而壁薄的管),用双精度的;2) 如果模型中存在通过小直径管道相连的多个封闭区域,不同区域之间存在很 大的压差,用双精度。

3) 对于有较高的热传导率的问题或对于有较大的长宽比的网格,用双精度6. 对于不同求解器,离散格式的选择应注意哪些细节?实际计算中一阶迎风差分 与二阶迎风差分有什么异同?控制方程的扩散项一般采用中心差分格式离散,而对流项则可采用多种不同 的格式进行离散Fluent 允许用户为对流项选择不同的离散格式(注意:粘性项总是自动地使 用二阶精度的离散格式)默认情况下,当使用分离式求解器时,所有方程中的 对流项均用一阶迎风格式离散;当使用耦合式求解器时,流动方程使用二阶精度 格式,其他方程使用一阶精度格式进行离散此外,当选择分离式求解器时,用 户还可为压力选择插值方式当流动与网格对齐时,如使用四边形或六面体网格模拟层流流动,使用一阶 精度离散格式是可以接受的但当流动斜穿网格线时,一阶精度格式将产生明显 的离散误差(数值扩散)因此,对于2D三角形及3D四面体网格,注意使用二 阶精度格式,特别对复杂流动更是如此一般讲,一阶精度格式容易收敛,但精 度较差有时,为了加快计算速度,可先在一阶精度格式下计算,然后再转到二 阶精度格式下计算如果使用二阶精度格式遇到难于收敛的情况,可考虑改换一 阶精度格式对于转动及有旋流的计算,在使用四边形及六面体网格式,具有三阶精度的 QUICK 格式可能产生比二阶精度更好的结果。

但是,一般情况下,用二阶精度 就已足够,使用QUICK格式,结果也不一定好乘方格式(Power-law Scheme) 一般产生与一阶精度格式相同精度的结果 中心差分格式一般只用于大涡模拟,而且要求网格很细的情况7. Fluent 中的 interfaceFluent 中, Interface 为“交接面”,主要用途有三个:多重坐标系模型中静态 区域与运动区域之间的交接面的定义;滑移网格交接处的交接面定义,例如:两 车交会,转子与定子叶栅模型,等等非一致网格交接处,例如:上下网格网格 间距不同等在Fluent中,interface的交接重合处默认为interior,非重合处默认为wallInterior意思为“内部的”,在Fluent中指计算区域Internal意思为“内部的”,比如说内能,内部放射率等,具体应用不太清楚8. 分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么?分析两种求解器在计算效 率与精度方面的区别Fluent 默认使用分离式求解器,但是,对于高速可压流动,由强体积力 (如浮力 或者旋转力)导致的强耦合流动,或者在非常精细的网格上求解的流动,需要考 虑耦合式求解器耦合式求解器耦合了流动和能量方程,常常很快便可以收敛。

耦合式求解器所需要的内存约是分离式求解器的 1.5到2倍,选择时可以根据这 一情况来权衡利弊在需要耦合隐式的时候,如果计算机内存不够,就可以采用 分离式或耦合显式耦合显式虽然也耦合了流动和能量方程,但是它还是比耦合 隐式需要的内存少,当然它的收敛性也相应差一些需要注意的是,在分离式求解器中提供的几个物理模型,在耦合式求解器中是没有的这些物理模型包括:流体体积模型(VOF),多项混合模型,欧拉混合模型, PDF 燃烧模型,预混合燃烧模型,部分预混合燃烧模型,烟灰和 NOx 模型, Rosseland 辐射模型,熔化和凝固等相变模型,指定质量流量的周期流动模型, 周期性热传导模型和壳传导模型等而下列物理模型只在耦合式求解器中有效,在分离式求解器中无效:理想气体模 型,用户定义的理想气体模型, NIST 理想气体模型,非反射边界条件和用于层 流火焰的化学模型9•在FLUENT计算时,有时候计算时间会特别长,为了避免断电或其它情况影响计算,应设置自动保存功能,如何设置自动保存功能?Writing "F:\propane\16\160575.cas"...Error: sopenoutputfile&: unable to open file for outputError Object: "F:\propane\16\160575.cas"Error: Error writing "F:\propane\16\160575.cas".Error Object: #f非定常的,算了一段之后停下来,改天继续算的时候,自动保存的时候出现问题,请问如何解决 File->write->Autosave就可以实现自动保存。

只要你在写自动保存文件的时候,文件名另取一个就行,比如 Writing "F:\propane\16\160575_1.cas。

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