14-fluent--solver-settings計(jì)算設(shè)置

1、 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. Proprietary 求解設(shè)置求解設(shè)置Introductory FLUENT Training5-2 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008大綱u求解器l設(shè)置求解參數(shù)l收斂 Convergencen定義 Definitionn監(jiān)視Monitoringn穩(wěn)定性Stabilityn加速收斂Accelerating Convergencel準(zhǔn)確度Ac

2、curacyn網(wǎng)格相關(guān)性n網(wǎng)格自適應(yīng)l非定常流動(dòng)模型n非定常流動(dòng)問題設(shè)置n非定常流動(dòng)模型選項(xiàng)l總結(jié)l附錄5-3 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008大綱u求解器l設(shè)置求解參數(shù)l收斂 Convergencen定義 Definitionn監(jiān)視Monitoringn穩(wěn)定性Stabilityn加速收斂Accelerating Convergencel準(zhǔn)確度Accuracyn網(wǎng)格相關(guān)性n網(wǎng)格自適應(yīng)l非定常流動(dòng)模型n非定常流動(dòng)問題設(shè)置n非定常流動(dòng)模型選項(xiàng)

3、l總結(jié)l附錄5-4 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008NoSet the solution parametersInitialize the solutionEnable the solution monitors of interestModify solution parameters or gridCalculate a solutionCheck for convergenceCheck for accuracyStop求解過程概覽

4、YesYesNo求解器5-5 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008求解器u在FLUENT中有兩個(gè)可用的求解器l基于壓力的求解器l基于密度的求解器u基于壓力的求解器中兩個(gè)算法l分離求解器先后求解壓力修正項(xiàng)和動(dòng)量l耦合求解器同時(shí)求解壓力和動(dòng)量SegregatedPBCSSolve Turbulence Equation(s)Solve SpeciesSolve EnergyDBCSSolve Other Transport Equations a

5、s requiredSolve Mass Continuity;Update VelocitySolve U-MomentumSolve V-MomentumSolve W-MomentumSolve Mass& MomentumSolve Mass,Momentum,Energy,Species可用求解器5-6 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008可用求解器u基于密度求解器求解矢量形式的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程、組分方程。壓力

6、由狀態(tài)方程得到。u基于密度求解器可以使用隱式或者顯示方式求解：l隱式使用高斯賽德爾方法來求解變量l顯式使用龍格庫塔顯式方法求解變量注意：基于壓力的求解器只有隱式格式選擇求解器5-7 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008選擇求解器u基于壓力求解器在從低速不可壓流到高速可壓流這樣大范圍的流動(dòng)體系中都適用l需要較小內(nèi)存u基于壓力的耦合求解器 (PBCS) 對(duì)大多數(shù)單相流動(dòng)是適用的，而且比分離的基于壓力求解器效果好。對(duì)多相流，周期性流動(dòng)和NITA算法

7、不適用。l比分離求解器要多用1.52倍內(nèi)存。u基于密度求解器(DBCS)適用于強(qiáng)耦合情況l舉例：伴隨燃燒的高速可壓縮流、高超音速流、激波u相對(duì)于隱式算法，顯式算法對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)有更高要求，因此通常使用隱式算法插值方法5-8 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008插值方法u場(chǎng)變量（存儲(chǔ)于單元體中心）必須內(nèi)插于控制體的面上u對(duì)流項(xiàng)的插值方法lFirst-Order Upwind：一階迎風(fēng)，最容易收斂，只有一階精度lPower Law： 指數(shù)形式，當(dāng)雷諾

8、數(shù)較小時(shí)比一階精度高lSecond-Order Upwind： 二階迎風(fēng)，收斂較慢，二階精度lMonotone Upstream-Centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL)：.對(duì)于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格局部有三階精度，在預(yù)測(cè)二次流、漩渦流動(dòng)時(shí)等具有更高精度lQuadratic Upwind Interpolation (QUICK)： 應(yīng)用于四邊形/六面體或混合網(wǎng)格上，對(duì)于旋轉(zhuǎn)流動(dòng)非常有用, 對(duì)于均勻網(wǎng)格具有三階精度VSVtNfffNffffffacesfacesAAV插值方法5-9 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved

9、.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008插值方法u需要解出變量的梯度用來求通量，速度導(dǎo)數(shù)，以及用于更高階數(shù)離散化格式u單元體中心處結(jié)果變量的梯度可以用三種方法得到lGreen-Gauss Cell-Based ： 默認(rèn)方法，可能會(huì)有假擴(kuò)散（求解域的拖尾現(xiàn)象）lGreen-Gauss Node-Based ： 更精確，將假擴(kuò)散現(xiàn)象最小化，推薦用在三角形/四面體網(wǎng)格上lLeast-Squares Cell-Based： 推薦用于多面體網(wǎng)格上，與nodebased方法具有相同精度VSVtNfffNffffffacesfac

10、esAAV面壓力的插值方法5-10 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008面壓力的插值方法u下面是FLUENT中可用的使用分離器時(shí)可以用來計(jì)算單元體面上壓力的插值格式lStandard：默認(rèn)格式，對(duì)于邊界附近表面法向壓力梯度較大處降低精度（但是不能夠用于流動(dòng)中壓力急劇變化的地方，應(yīng)該用PRESTO!格式 代替）lPRESTO!： 用于強(qiáng)旋流、壓力急劇變化流（多孔介質(zhì)、渦扇模型等等），或者曲率較大區(qū)域lLinear： 當(dāng)其它方法導(dǎo)致收斂困難或者出

11、現(xiàn)非物理現(xiàn)象時(shí)使用lSecond-Order： 用于可壓流，不能用于多孔介質(zhì)、跳躍、渦扇等，也不能用于VOF和混合多相流模型lBody Force Weighted： 當(dāng)質(zhì)量力很大時(shí)使用，比如高雷諾數(shù)自然對(duì)流或者高回旋流壓力速度耦合5-11 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壓力速度耦合u壓力速度耦合：當(dāng)使用基于壓力的求解器時(shí)，需要用數(shù)值算法從連續(xù)方程以及動(dòng)量方程得到壓力方程u在FLUENT中有四種算法lSemi-Implicit Meth

12、od for Pressure-Linked Equations (SIMPLE)nThe default scheme, robust缺省格式lSIMPLE-Consistent (SIMPLEC)n對(duì)于簡(jiǎn)單問題可以得到更快收斂（例如簡(jiǎn)單層流）lPressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO)n對(duì)于非定常流動(dòng)問題或者包含高扭曲度網(wǎng)格適用lFractional Step Method (FSM)對(duì)非定常流的分步方法nNITA算法配合使用，與PISO方法特征相同初始化5-12 2006 ANSYS, Inc. All rights rese

13、rved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008初始化u計(jì)算開始之前需要對(duì)所有變量初始化l合理的初始條件可以改善解的穩(wěn)定性和加速收斂l對(duì)有些問題，一個(gè)好的初始假設(shè)是必需的。n舉例：高溫區(qū)域引起化學(xué)反應(yīng)u對(duì)特定區(qū)域變量patchl自由射流（高速射流）l燃燒問題（高溫區(qū)域來初始化反應(yīng)）l自適應(yīng)網(wǎng)格SolveInitializeInitializeSolveInitializePatch多重網(wǎng)格初始化5-13 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntrodu

14、ctory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008多重網(wǎng)格初始化uFMG能夠用來創(chuàng)建一個(gè)更好的初始化流場(chǎng)lTUI 命令： /solve/init/fmg-initializationuFMG 在計(jì)算上即省又快，即在粗網(wǎng)格上先用一階精度的歐拉方程計(jì)算u在基于壓力和密度的求解器中都能使用，但是只能用于定常狀態(tài)。uFMG使用完全近似存儲(chǔ)（FAS）多重網(wǎng)格方法在一系列粗網(wǎng)格上求解流動(dòng)問題，再把解傳到實(shí)際網(wǎng)格上作為初始條件進(jìn)行精確計(jì)算。l參數(shù)設(shè)置TUI命令：/solve/init/set-fmg-initializationuFMG初始化對(duì)包含大壓力、速度梯度的流動(dòng)問題非常有用

15、（比如：旋轉(zhuǎn)機(jī)械，螺旋管）檢查Case5-14 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008檢查CaseuCase check在計(jì)算前對(duì)工況設(shè)置進(jìn)行檢查，減少錯(cuò)誤uCase check內(nèi)容lGrid 網(wǎng)格lModel Selection 模型選擇lBoundary Conditions 邊界條件lMaterial Properties 材料屬性lSolver Settings 求解器設(shè)置u自動(dòng)方法：將錯(cuò)誤處自動(dòng)改變u手動(dòng)方法: 錯(cuò)誤處手動(dòng)改變Solv

16、eCase Check大綱5-15 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008大綱u求解器l設(shè)置求解參數(shù)l收斂 Convergencen定義 Definitionn監(jiān)視Monitoringn穩(wěn)定性Stabilityn加速收斂Accelerating Convergencel準(zhǔn)確度Accuracyn網(wǎng)格相關(guān)性n網(wǎng)格自適應(yīng)l非定常流動(dòng)模型n非定常流動(dòng)問題設(shè)置n非定常流動(dòng)模型選項(xiàng)l總結(jié)l附錄5-16 2006 ANSYS, Inc. All rights

17、 reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008收斂u收斂條件l所有離散化的守恒方程在所有單元體中都滿足指定的殘差或者求解值在之后的迭代中不再改變l全部的質(zhì)量、動(dòng)量、能量平衡都要達(dá)到u監(jiān)測(cè)殘差記錄l一般來說，殘差減少了三個(gè)數(shù)量級(jí)就意味著定性的收斂，在這個(gè)時(shí)候，主要的流動(dòng)特征就應(yīng)該已經(jīng)呈現(xiàn)出來了l能量殘差必須減少到 10-6 （對(duì)基于壓力的求解器而言）l組分殘差需要減少到10-5 以達(dá)到組分平衡。u監(jiān)視參數(shù)收斂l監(jiān)視其它相關(guān)關(guān)鍵變量/物理量以確認(rèn)收斂l確保全部質(zhì)量/熱量/組分守恒得到滿足收斂監(jiān)視殘差5-17

18、2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008收斂監(jiān)視殘差u殘差圖顯示殘差值達(dá)到程度All equations converged.10-310-6SolveMonitorsResidual收斂監(jiān)視力/面5-18 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008收斂監(jiān)視力/面u除了殘差之外，還能夠監(jiān)視l升力，阻力

19、或力矩l邊界上或者面上的相關(guān)變量或函數(shù)（比如，面積分）SolveMonitorsForceSolveMonitorsSurface通量守恒校核5-19 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008通量守恒校核u除了監(jiān)視殘差和變量，還可以檢查整體的熱量和質(zhì)量平衡u凈不平衡量應(yīng)該小于區(qū)域邊界上最小通量的1%ReportFluxes減小收斂容差5-20 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIn

20、troductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008減小收斂容差u如果殘差監(jiān)視顯示解是收斂的，但是變量仍然變化較大或者在質(zhì)量、熱量上不平衡，這意味著解并沒有達(dá)到真正收斂u在這種情況下需要l減小收斂性判據(jù)的值或者在殘差監(jiān)視面板中使得Check Convergence 不可用l繼續(xù)迭代直到解收斂u在收斂性判據(jù)下選擇none將會(huì)指示FLUENT不給任何方程檢查收斂SolveMonitorsSolveIterateResidual收斂困難5-21 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductor

21、y FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008收斂困難u由于網(wǎng)格質(zhì)量、不正確的設(shè)置等問題，會(huì)出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定。l殘差增長(zhǎng)、不變、或者振蕩Continuity equation convergencetrouble affects convergence ofall equations.u解決方案l確保問題正確設(shè)置l用一階離散化格式計(jì)算一個(gè)初始解l對(duì)有收斂問題的方程降低松弛因子（基于壓力的求解器）l減少柯朗特?cái)?shù)（基于密度的求解器）l重新劃分網(wǎng)格，避免網(wǎng)格扭曲修正松弛因子5-22 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc.

22、PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008修正松弛因子u欠松弛因子 用來穩(wěn)定壓力求解器的迭代過程u使用默認(rèn)欠松弛因子開始計(jì)算u減小動(dòng)量的欠松弛因子通常能夠幫助收斂l默認(rèn)設(shè)置是對(duì)較大范圍的問題適用的，如果需要的話可以減小這個(gè)值l適當(dāng)?shù)脑O(shè)置最好從試驗(yàn)中得到pppold,SolveControlsSolution修正柯朗特?cái)?shù)5-23 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008修正柯朗特?cái)?shù)u基于密度的顯式求

23、解器l穩(wěn)定性約束給柯朗特?cái)?shù)一個(gè)最大的限制n不能大于2（默認(rèn)值為1）n當(dāng)收斂困難時(shí)減小柯朗特?cái)?shù)u基于密度的隱式算法l柯朗特?cái)?shù)不受穩(wěn)定性約束限制n默認(rèn)值是5uxt)CFL(SolveControlsSolutionMesh sizeAppropriate velocity scale加速收斂5-24 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008加速收斂u收斂可以由以下方式加速l提供更好的初始條件n從一個(gè)已有的解開始l逐漸增加的欠松弛因子或者柯朗數(shù)n過高的

24、值會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定或者收斂問題n建議在繼續(xù)迭代之前保存case和data文件l控制多重網(wǎng)格求解器設(shè)定（但是默認(rèn)設(shè)置提供了一個(gè)比較穩(wěn)定的網(wǎng)格設(shè)置而且一般不需要改動(dòng)）從已有的解開始5-25 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008從已有的解開始u當(dāng)問題定義有所改變時(shí)，可以使用已有的解作為初始條件l對(duì)一些實(shí)際問題的初始解提供建議Actual ProblemInitial ConditionHeat TransferIsothermalNatural con

25、vectionLow Rayleigh numberCombustion / reacting flowCold flowTurbulenceInviscid (Euler) solution大綱5-26 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008大綱u求解器l設(shè)置求解參數(shù)l收斂 Convergencen定義 Definitionn監(jiān)視Monitoringn穩(wěn)定性Stabilityn加速收斂Accelerating Convergencel準(zhǔn)確度A

26、ccuracyn網(wǎng)格相關(guān)性n網(wǎng)格自適應(yīng)l非定常流動(dòng)模型n非定常流動(dòng)問題設(shè)置n非定常流動(dòng)模型選項(xiàng)l總結(jié)l附錄5-27 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008解的精確性u(píng)收斂解不一定是正確解l使用可用數(shù)據(jù)、物理定理來檢查和評(píng)價(jià)結(jié)果l對(duì)最終結(jié)果使用二階迎風(fēng)離散化格式l確保結(jié)果與網(wǎng)格無關(guān)n使用自適應(yīng)來修正網(wǎng)格u如果流動(dòng)特征看起來不合理：l重新考慮物理模型和邊界條件l檢查網(wǎng)格質(zhì)量l重新考慮邊界位置的選擇（或者計(jì)算域的位置），計(jì)算域選擇不適當(dāng)會(huì)顯著影響解的

27、精確性網(wǎng)格質(zhì)量和解的精確性5-28 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008網(wǎng)格質(zhì)量和解的精確性u(píng)數(shù)值誤差是與單元梯度和單元面插值相關(guān)u減小數(shù)值誤差方法l使用高階離散格式（二階迎風(fēng)， MUSCL)l盡量使網(wǎng)格與流動(dòng)方向一致以減小“假擴(kuò)散”l優(yōu)化網(wǎng)格n足夠的網(wǎng)格密度是解決流動(dòng)特征的必要條件s 內(nèi)插誤差隨著單元體尺寸的減小而減小n在非一致網(wǎng)格處減小網(wǎng)格尺寸的變化量s 均勻網(wǎng)格的截?cái)嗾`差最小s FLUENT 提供了基于單元體尺寸變化的網(wǎng)格自適應(yīng)能力n減

28、小網(wǎng)格扭曲和縱橫比s 一般情況下，避免縱橫比超過5：1（但是更高的縱橫比在邊界層處是允許的）s 最佳的四面體/六面體網(wǎng)格是90度角s 最佳的三角/四面體網(wǎng)格是等邊的網(wǎng)格細(xì)化5-29 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008網(wǎng)格細(xì)化u解不隨網(wǎng)格的細(xì)化而改變u建立gridindependent流程l生成一個(gè)新的精細(xì)網(wǎng)格n在FLUENT中使用基于解的自適應(yīng)方法s在進(jìn)行之前保存原始網(wǎng)格s如果知道梯度較大區(qū)域，則需要在該區(qū)域生成較好的初始網(wǎng)格，例如使用邊界

29、層或尺寸函數(shù)s自適應(yīng)網(wǎng)格 從原始網(wǎng)格插值到優(yōu)化后的網(wǎng)格 FLUENT提供動(dòng)網(wǎng)格自適應(yīng)，它可以根據(jù)用戶定義標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)改變l繼續(xù)計(jì)算直到收斂l對(duì)不同網(wǎng)格上獲得的結(jié)果進(jìn)行比較l如果需要的話重復(fù)這個(gè)過程u使用TUI命令在不同粗細(xì)網(wǎng)格上使用相同邊界條件（file/write-bc and file/read-bc ）以協(xié)助問題求解。通過從已有文件中獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行插值可以得到更好的初始結(jié)果FileInterpolateGridAdapt大綱5-30 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT

30、 v6.3 Aug 2008大綱u求解器l設(shè)置求解參數(shù)l收斂 Convergencen定義 Definitionn監(jiān)視Monitoringn穩(wěn)定性Stabilityn加速收斂Accelerating Convergencel準(zhǔn)確度Accuracyn網(wǎng)格相關(guān)性n網(wǎng)格自適應(yīng)l非定常流動(dòng)模型n非定常流動(dòng)問題設(shè)置n非定常流動(dòng)模型選項(xiàng)l總結(jié)l附錄5-31 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008非定常流動(dòng)模型u在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)迭代收斂，然后推進(jìn)到下一步u解的

31、初始化定義了初始條件，而且這些條件必須是真實(shí)的u非迭代時(shí)間前進(jìn)法(NITA)節(jié)省計(jì)算時(shí)間u對(duì)基于壓力的求解器：l時(shí)間步長(zhǎng) t,在 Iterate 面板中設(shè)置nt 必須足夠小 用來解決依賴于時(shí)間的特征；確保在每個(gè)時(shí)間步的最大迭代步數(shù)中能夠達(dá)到收斂n合適的時(shí)間步長(zhǎng)可以由下估算得出：n可以用流動(dòng)的特征時(shí)間來估算時(shí)間步長(zhǎng)（比如在一個(gè)已知波動(dòng)周期內(nèi)的流動(dòng)）lPISO格式對(duì)許多非定常流動(dòng)可以幫助收斂velocityflowsticCharacterisizecellTypicalt非定常流動(dòng)模型選項(xiàng)5-32 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc.

32、PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008非定常流動(dòng)模型選項(xiàng)u自適應(yīng)時(shí)間步l通過分析局部舍入誤差來自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間步長(zhǎng)l可以通過UDF來定制u時(shí)間統(tǒng)計(jì)平均l對(duì)LES湍流模型特別有用u動(dòng)畫在計(jì)算之前設(shè)置u對(duì)于基于密度的求解器，柯朗特?cái)?shù)定義了：l基于密度顯式求解器的全局時(shí)間步長(zhǎng)l基于密度隱式求解器的虛時(shí)間步長(zhǎng)n真實(shí)的時(shí)間步長(zhǎng)依然在Iterate 面板中定義小結(jié)5-33 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 20

33、08小結(jié)u壓力模式和密度模式的求解器的求解過程是相同的l一直算到一個(gè)收斂的結(jié)果l獲得一個(gè)二階的解（建議）l優(yōu)化網(wǎng)格并且重新計(jì)算直到獲得一個(gè)獨(dú)立于網(wǎng)格的解u所有的求解器都提供工具用來判定、改善收斂和確保穩(wěn)定u所有的求解器提供工具來檢查和改善精確度u解的精確性依賴于你所選擇的物理模型和定義的邊界條件是否合適5-34 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008附錄u背景l(fā)Finite Volume Method 有限體積法lExplicit vs. Im

34、plicit 顯式vs.隱式lSegregated vs. Coupled 分離vs.耦合lTransient Solutions 瞬態(tài)解lFlow Diagrams of NITA and ITA Schemes NITA和ITA格式流程圖5-35 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008有限體積法uFLUENT 求解器基于有限體積法. l計(jì)算域離散為控制體的有限集合u全部的質(zhì)量、動(dòng)量、能量等輸運(yùn)方程離散后應(yīng)用于每一個(gè)單元體u解出所有方程來顯示

35、流場(chǎng)Fluid region of pipe flow discretized into finite set of control volumes (mesh). control volumeVAAVdVSdddVtAAVUnsteadyConvectionDiffusionGenerationEquationVariableContinuity1X momentumuY momentumvZ momentumwEnergyh5-36 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUE

36、NT v6.3 Aug 2008有限體積法u每個(gè)輸運(yùn)方程離散為代數(shù)形式，對(duì)單元體 P來說,u離散后的方程需要單元體中心和表面上的信息l.流場(chǎng)數(shù)據(jù)（材料屬性，速度等）存儲(chǔ)在單元體中心l面上信息由當(dāng)?shù)鼗蛘呦噜彽膯卧w信息插值得到l離散精確度依賴于 “stencil” 尺寸.u離散后的方程可以簡(jiǎn)單表示為l對(duì)計(jì)算域中的每一個(gè)控制體適用的方程構(gòu)成一個(gè)方程組face fadjacent cells, nbcell ppnbnbnbppbaaVSAAVVtffffffftpttpfaces,faces5-37 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc.

37、PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008線性化u方程組反復(fù)迭代求解l系數(shù) ap 和 anb 是解的函數(shù) (非線性、耦合)l系數(shù)由前一步的迭代計(jì)算結(jié)果得到n線性化去除對(duì)系數(shù)的相關(guān)性.n退耦過程除去其它求解變量的系數(shù)相關(guān)性l系數(shù)隨著每次迭代實(shí)時(shí)更新n對(duì)于循環(huán)內(nèi)迭代，系數(shù)是常數(shù)s p 既能夠顯式解出也能夠隱式解出.pnbnbnbppbaa5-38 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008顯式vs.隱式

38、u關(guān)于 nb 的假設(shè)l顯式線性化n從每一個(gè)單元體上的已知數(shù)和它們之間的關(guān)系計(jì)算出未知數(shù)(nb 假定從之前的迭代中已知)n然后用龍格庫塔法顯式解出p l隱式線性化np 和nb 假定為未知的，用線性方程方法來解n方程隱式線性化對(duì)穩(wěn)定性要求較低n方程組在解的同時(shí)要使用二次迭代循環(huán)（比如高斯賽德爾迭代法）5-39 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008Pressure-Based vs. Density-Based Solveru基于壓力的求解器l如果

39、假設(shè)一個(gè)方程中只有一個(gè)未知數(shù)，那么方程組就能夠不依賴其它變量的解而求出l每個(gè)控制方程都可以獨(dú)立解出l在這種情況下，系數(shù)ap 和anb 是標(biāo)量值u基于密度的求解器l如果在每個(gè)方程中不止一個(gè)變量是未知的，而且每個(gè)變量是由它自身的輸運(yùn)方程所定義的，那么這個(gè)方程組就是耦合在一起的l在這種情況下, 系數(shù) ap 和 anb 是 Neq Neq 矩陣.l 是一個(gè)因變量矢量p, u, v, w, T, YTpnbnbnbppbaa5-40 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3

40、 Aug 2008基于壓力的求解器u在基于壓力的求解器中，每個(gè)方程都能夠獨(dú)立求解uThe continuity equation takes the form of a pressure correction equation as part of Patankars SIMPLE algorithm.連續(xù)性方程以壓力修正方程的形式作為SIMPLE算法的一部分u欠松弛因子包含在離散化的方程中l(wèi)改善迭代過程的穩(wěn)定性l顯式欠松弛因子 ，限制了變量從一個(gè)迭代步到下個(gè)迭代步之間的改變pppold,Update propertiesSolve momentum equations (u, v, w ve

41、locity)Solve pressure correction (continuity) equationUpdate pressure field and face mass flow ratesSolve energy, species, turbulence, andother scalar equationsYesNoConverged?Stop5-41 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008基于密度的求解器u連續(xù)、動(dòng)量、能量和組分在

42、密度求解器中同時(shí)解出u修正后的方程可求解可壓流和不可壓流u瞬態(tài)項(xiàng)經(jīng)常包括其中l(wèi)穩(wěn)態(tài)解是令時(shí)間增加、時(shí)間步長(zhǎng)趨近于零u對(duì)于穩(wěn)態(tài)問題，“時(shí)間步”由柯朗特?cái)?shù)定義l穩(wěn)定判據(jù)限制了顯式解的最大的時(shí)間步長(zhǎng)，但沒有限制隱式解的UxtCFLCFL = Courant-Friedrichs-Lewy-numberu = appropriate velocity scalex = grid spacingUpdate propertiesSolve continuity, momentum, energyand species equations simultaneouslySolve turbulence an

43、d other scalar equationsYesNoConverged?Stop5-42 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008多重網(wǎng)格求解器u多重網(wǎng)格求解器在多種密度水平的網(wǎng)格上解離散方程來加速收斂，以致近似解的“低頻”誤差能夠有效排除l邊界和遠(yuǎn)點(diǎn)的影響在粗網(wǎng)格上比細(xì)網(wǎng)格更容易傳送到內(nèi)部l粗網(wǎng)格由原始網(wǎng)格定義n多重粗網(wǎng)格水平能夠生成s 代數(shù)多重網(wǎng)格代數(shù)模擬的粗網(wǎng)格s .完全近似儲(chǔ)存多重網(wǎng)格“單元結(jié)合”定義新網(wǎng)格 基于密度顯式求解器的一個(gè)

44、選項(xiàng)，對(duì)原始網(wǎng)格的最終解l多重網(wǎng)格求解器自動(dòng)在后臺(tái)操作u參照FLUENT使用指南獲取更多的選項(xiàng)和技術(shù)細(xì)節(jié)Fine (original) meshcoarse mesh“Solution Transfer”5-43 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008后臺(tái)：耦合/瞬態(tài)項(xiàng)u耦合求解方程經(jīng)常包含瞬態(tài)項(xiàng)u使用非定常耦合求解器解方程可能包含兩個(gè)瞬態(tài)項(xiàng)：l虛擬時(shí)間間隔tlt.物理時(shí)間間隔tu虛擬時(shí)間間隔在每個(gè)時(shí)間步中接近零，而且適用于定常流動(dòng)u流程圖指出需要什么時(shí)候需要輸入步長(zhǎng)l柯朗數(shù)決定tlIterate 面板的輸入決定 t.Coupled SolverExplicitImplicitSteady UnsteadySteady Unsteadyt, ttt, ttt pseudo-timeExplicitImplicit physical-timeImplicitDiscretization of:(global time step)5-44 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 20