fluent讀書筆記（注釋）

1、.wd ?Fluent簡明教程?1。用fluent解決問題：a定義模型目標(biāo)從CFD模型中需要得到什么樣的結(jié)果？從模型中需要得到什么樣的精度。 b選擇計(jì)算模型如何隔絕所要的模擬系統(tǒng)，計(jì)算區(qū)域的起點(diǎn)和終點(diǎn)是什么？在模型的邊界處理處使用什么樣的邊界條件？二維還是三維問題？什么樣的網(wǎng)格拓?fù)錁?gòu)造適合解決問題？ c物理模型的選?。簾o粘，層流還是湍流？定常還是非定常？可壓流還是不可壓流？是否否需要應(yīng)用其它的物理模型？ d 確定解得程序：問題是否可以簡化？是否可以使用確使用缺省的解得格式與參數(shù)值？采用哪種解格式可以加速收斂？使用多重網(wǎng)格計(jì)算機(jī)的內(nèi)存是否夠用？得到收斂解需要多久的時(shí)間?2.解決問題的步驟：a 創(chuàng)

2、立網(wǎng)格 b 選擇適宜的計(jì)算器：2D、3D、2DDP、3DDP c 輸入網(wǎng)格 d 檢查網(wǎng)格 e 選擇解得格式 f 選擇需要解得根本方程：層流還是湍流無粘、化學(xué)成分還是化學(xué)反響、熱傳導(dǎo)模型等。 g確定所需要附加的模型：風(fēng)扇、熱交換、多孔介質(zhì)等。H 指定材料的物理性質(zhì)I 指定邊界條件J 調(diào)節(jié)解得控制參數(shù)K初始化流場(chǎng)L 計(jì)算解M 檢查結(jié)果N保存結(jié)果O必要的話，細(xì)化網(wǎng)格，改變物理模型。3。非耦合求解方法主要用于不可壓縮或壓縮性不強(qiáng)的流體流動(dòng)。耦合求解那么可以用在高速可壓縮性流動(dòng)。耦合隱式求解能較快的得到收斂解，但所需內(nèi)存較大，在內(nèi)存不顧的情況下可以考慮用耦合顯示求解，但收斂時(shí)間較長。4。對(duì)于所有流動(dòng)，F(xiàn)

3、luent都需要求解質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程，對(duì)于包含傳熱和可壓縮性流動(dòng)，還需要能量守恒方程。如果是湍流，還要相應(yīng)的輸運(yùn)方程。5。如果流動(dòng)和傳熱不是耦合的，那么我們可以先求解絕熱流動(dòng)場(chǎng)，然后加進(jìn)能量方程。即：可以先關(guān)閉動(dòng)量或者能量方程中的一個(gè)，先求解另外一個(gè)。如果流動(dòng)和溫度是耦合的，那么可以先求解流動(dòng)方程，收斂后在激活能量方程，在一起求解。Coupled solver總是同時(shí)求解流動(dòng)和能量方程。6。湍流模型：大致分為三類:第一類是湍流輸運(yùn)系數(shù)模型。模型的任務(wù)是給出計(jì)算湍流粘性系數(shù)的方法。根據(jù)建立模型所需要的微分方程數(shù)目，可分為零方程模型，單方程模型和雙方程模型。第二類是拋棄了湍流輸運(yùn)系數(shù)的概念，直接

4、建立湍流應(yīng)力和其它二階關(guān)聯(lián)量的輸運(yùn)方程。第三類是大渦模擬。7。雷諾平均就是把N-S方程中的瞬時(shí)變量分解成平均量和脈動(dòng)量兩局部。8。單方程模型：只需求解湍流粘性的輸運(yùn)方程，并不需要求解當(dāng)?shù)丶羟袑拥暮穸?。?duì)于求解有壁面流動(dòng)影響流動(dòng)及逆壓力梯度的邊界層問題有很好的模擬效果，在透平機(jī)械湍流模擬方面也有比擬好的效果。其屬于低雷諾數(shù)湍流模型，故需要很好的解決邊界層的粘性影響區(qū)求解問題。其對(duì)網(wǎng)格粗糙帶來的數(shù)值誤差不是太敏感。但Spalart-Allmaras模型不能預(yù)測(cè)各向同性湍流的耗散，而且其沒有考慮長度尺度的變化，故對(duì)一些流動(dòng)尺度變化較大的流動(dòng)問題也不適用。9。標(biāo)準(zhǔn)k-模型：需要求解湍流動(dòng)能及其耗散率方

5、程。該模型假設(shè)為完全湍流、分子粘性的影響可以忽略，故其只適用于完全湍流的流動(dòng)過程模擬。10 RNG k-模型，在Fluent中，如果是默認(rèn)設(shè)置，那么其實(shí)針對(duì)高雷諾數(shù)的流動(dòng)問題，如是對(duì)低雷諾數(shù)問題進(jìn)展分析，那么需進(jìn)展相應(yīng)的設(shè)置。11、可實(shí)現(xiàn)的k-模型：該模型適合的流動(dòng)類型比擬廣泛，包括有旋均勻剪切流、自有流射流和混合層，腔道流動(dòng)和邊界層流動(dòng)。對(duì)以上流動(dòng)過程模擬結(jié)果都比標(biāo)準(zhǔn)k-模型的結(jié)果好，特別是可實(shí)現(xiàn)k-模型對(duì)圓口射流和平板射流模擬中，能給出較好的射流擴(kuò)張角。12. 三個(gè)雙方程模型的區(qū)別在于：1。計(jì)算湍流粘性的方法不同2?？刂仆牧鲾U(kuò)散的湍流Prandtl數(shù)不同 3。方程中的產(chǎn)生項(xiàng)和Gk的關(guān)系不同

6、。13。雷諾應(yīng)力模型RSM：邊界條件，在流場(chǎng)進(jìn)口，雷諾應(yīng)力模型需要各個(gè)雷諾應(yīng)力分量和湍流動(dòng)能耗散率的值?？梢灾苯虞斎?，也可以通過湍流強(qiáng)度和特征長度來計(jì)算。在壁面，雷諾應(yīng)力模型通過壁面函數(shù)，給出各個(gè)雷諾應(yīng)力分量和耗散率的值。如果湍流場(chǎng)各向異性很明顯，如強(qiáng)旋流動(dòng)以及應(yīng)力取得的二次流動(dòng)等流動(dòng)中，求解RSM模型能得到較好的結(jié)果。14。LES模型：根本假設(shè)，1、動(dòng)量、能量、質(zhì)量以及其它標(biāo)量主要由大渦輸運(yùn)。2.流動(dòng)的幾何和邊界條件決定了大渦的特性，并且流動(dòng)特性在大渦中表達(dá)。3、小尺度渦旋受幾何和邊界條件影響較小，并且各向同性3、大渦模擬過程中，直接求解大渦。15。大渦模擬的變量是過濾后的量，而不是時(shí)間平均

7、量，并且湍流應(yīng)力也不一樣。大渦模擬現(xiàn)階段只能針對(duì)不可壓流體。16。壁面對(duì)湍流有明顯影響。在很靠近壁面的地方，粘性阻尼減少了切向速度脈動(dòng)，壁面也阻止了方向速度脈動(dòng)。而在離開壁面稍微遠(yuǎn)點(diǎn)的地方，由于平均速度梯度的增加，湍流動(dòng)能迅速變大，因而湍流增強(qiáng)。17。近壁區(qū)域可以分為三層，最接近壁面的地方被稱為粘性底層，流動(dòng)是層流狀態(tài)，分子粘性對(duì)于動(dòng)量、熱量和質(zhì)量輸運(yùn)起到?jīng)Q定作用。外區(qū)域是完全湍流層，湍流起決定作用。在完全湍流和層流底層之間的區(qū)域?yàn)榛旌蠀^(qū)域，改區(qū)域內(nèi)分子粘性與湍流都起著相當(dāng)?shù)淖饔谩?8。近壁處理的方法有兩類：一是不求解層流底層的混合區(qū)，采用半經(jīng)歷公式壁面函數(shù)來求解層流底層與完全湍流區(qū)之間的區(qū)域

8、。二是改良湍流模型，粘性影響的近壁區(qū)域，包括層流底層都可以求解。對(duì)于高雷諾數(shù)的流動(dòng)，采用壁面函數(shù)可以節(jié)省計(jì)算資源，而改變模型由于求解的變量變化梯度較大，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量的增加。在實(shí)際工程問題中，采用壁面函數(shù)是很好的選擇。但如研究的是低雷諾數(shù)的流動(dòng)問題，那么采用壁面函數(shù)方法處理近壁面區(qū)域就不適宜了，其前提假設(shè)條件也不滿足，此時(shí)就需要一個(gè)適宜的模型。19。在采用雷諾應(yīng)力模型和k-雙方程模型時(shí)，包括壁面近鄰的控制體的湍流動(dòng)能都要計(jì)算，其邊界條件為湍動(dòng)能在壁面法向方向上梯度為零。標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)包含了定常剪切和局部平衡假設(shè)條件，但如果壁面有很強(qiáng)的壓力梯度，并且很強(qiáng)的非平衡性，那么需要選擇非平衡壁面函數(shù)。20。

9、SIMPLER算法中，初始的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)是協(xié)調(diào)的，且由SIMPLER算法給出的壓力場(chǎng)不必做欠松弛處理，迭代計(jì)算時(shí)比擬容易得到收斂解。但在SIMPLER的每一層迭代中，要比SIMPLE算法多解一個(gè)壓力的方程組，一個(gè)迭代步內(nèi)的計(jì)算量較大?？傮wSIMPLER算法的計(jì)算效率要比SIMPLE算法高。SIMPLEC算法得到的壓力修正值p一般較適宜，因此在SIMPLEC算法中可不再對(duì)壓力進(jìn)展欠松弛處理。不過選取適當(dāng)?shù)纳孕∮?的松弛因子，對(duì)加快迭代過程中解得收斂也是有效果。PISO算法為一步預(yù)測(cè)，兩步修正，有利于加快單個(gè)迭代不中的收斂速度。雖然它需要額外的貯存空間來計(jì)算二次壓力修正中的源項(xiàng)，當(dāng)比照發(fā)現(xiàn)，其計(jì)

10、算速度很快，總體效率比擬高。Fluent用戶手冊(cè)推薦：對(duì)于瞬態(tài)問題，PISO算法有明顯的優(yōu)勢(shì)，而對(duì)穩(wěn)態(tài)問題選SIMPLE或SIMPLEC可能相對(duì)較好。21。SIMPLEC算法和PISO算法總體上與SIMPLER算法具有一樣的計(jì)算效率。一般來講，動(dòng)量方程與標(biāo)量方程如溫度方程如果不是耦合在一起，那么PISO算法在收斂性方面顯得很強(qiáng)健，效率較高。但假設(shè)兩者耦合非常密切時(shí)，SIMPLEC和SIMPLER算法可能效果要更好一點(diǎn)。SIMPLE算法和SIMPLEC算法常用于定常流動(dòng)的計(jì)算中，PISO算法雖可以用來計(jì)算定常流動(dòng)，但更常用于非定常流動(dòng)的計(jì)算或網(wǎng)格偏斜情況比擬嚴(yán)重的情況中。22。求解方法：壓力基隱

11、式求解、密度基隱式求解、密度基顯式求解。壓力基求解器是有原來的別離式求解器開展而來，但同時(shí)壓力基求解器增加了耦合算法，可以自由地在別離求解和耦合求解之間轉(zhuǎn)換。壓力基求解器收斂速度快，但需要更多的內(nèi)存和計(jì)算量。密度基求解器是在原來的耦合求解器的根底上開展而來，密度基求解器相比壓力基求解器，內(nèi)存和計(jì)算量更大。23。一般而言，S-A模型適合于翼型、壁面邊界層的流動(dòng)，但不適合射流等自由剪切湍流問題。標(biāo)準(zhǔn)k-模型具有較高的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和計(jì)算精度，應(yīng)用廣泛，適合高雷諾數(shù)湍流，但不適合旋流等各向異性較強(qiáng)的流動(dòng)；RNG k-模型可以計(jì)算低雷諾數(shù)湍流，其考慮旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，對(duì)強(qiáng)旋流動(dòng)精度有所提高；Realizabl

12、e k-叫前面兩種k-模型的優(yōu)點(diǎn)是可以保持雷諾應(yīng)力和真實(shí)湍流一致，可以更準(zhǔn)確的模擬平面和圓形射流的擴(kuò)散速度，同時(shí)在旋流計(jì)算、帶方向壓強(qiáng)梯度的邊界層計(jì)算和別離流計(jì)算等問題中，計(jì)算結(jié)果更符合真實(shí)情況。但是Realizable k-模型在同時(shí)存在旋轉(zhuǎn)和靜止區(qū)的流場(chǎng)計(jì)算中，比方多重參考系、旋轉(zhuǎn)滑移網(wǎng)格等計(jì)算中，會(huì)產(chǎn)生非物理湍流粘性，故在類似的計(jì)算中應(yīng)慎重使用。標(biāo)準(zhǔn)k-模型包括低雷諾數(shù)的影響、可壓縮下影響和剪切流擴(kuò)散，適用于尾跡流動(dòng)、混合流、射流、以及受壁面限制的流動(dòng)附著邊界層湍流和自由剪切流計(jì)算；SST k-模型綜合了k-模型在近壁區(qū)計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)和k-模型遠(yuǎn)場(chǎng)計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)增加了橫向耗散倒數(shù)項(xiàng)，在湍流

13、粘度定義中考慮了湍流剪切應(yīng)力的輸運(yùn)過程，使用范圍更廣，可以用于帶逆壓梯度的流動(dòng)計(jì)算、翼型計(jì)算、夸聲速帶激波計(jì)算等。雷諾應(yīng)力模型沒有采用渦粘性各向同性假設(shè)，在理論上比前面的湍流模式理論要準(zhǔn)確的多，直接求解雷諾應(yīng)力分量，適用于強(qiáng)旋流動(dòng)，如龍卷風(fēng)、旋流燃燒室的流動(dòng)等。 計(jì)算速度的快慢與計(jì)算量成反比。在湍流模型中，DES和LMS計(jì)算量最大，其它又快到慢依次是S-A，k-，k-，雷諾應(yīng)力模型。24。迎風(fēng)是相當(dāng)對(duì)對(duì)于局部速度定義的，即用上游節(jié)點(diǎn)的變量值計(jì)算本地的變量值。一階迎風(fēng)格式和二階迎風(fēng)格式可以理解為保存Taylor格式的項(xiàng)數(shù)不同，從而精度更高。二階精度更高，但同樣收斂速度也較慢一些。QUICK格式是

14、針對(duì)構(gòu)造化網(wǎng)格才有意義，一般在內(nèi)場(chǎng)有三階精度，但在邊界只有二階精度，雖然非構(gòu)造化網(wǎng)格也能夠使用QUICK，但實(shí)際使用的還是二階迎風(fēng)格式。在流動(dòng)方向可以預(yù)期的情況下，使用QUICK格式可以提高精度，對(duì)非構(gòu)造化網(wǎng)格使用二階迎風(fēng)格式就可以了。25.Reorder網(wǎng)格：順次點(diǎn)擊Grid-Reorder-Domain，可以理解為對(duì)計(jì)算域的網(wǎng)格重新編號(hào)和排序，這樣錯(cuò)的目的就是為了加快計(jì)算速度。特別是對(duì)為那個(gè)歌數(shù)量超過100萬的算例，加速效果比擬明顯。26。基于節(jié)點(diǎn)的高斯格林函數(shù)Green-Gauss Node Based求梯度的方法比基于控制體中心的精度更高，特別適合非構(gòu)造化網(wǎng)格。27。大的松弛因子可以加

15、快收斂速度，但是容易導(dǎo)致求解不穩(wěn)定。對(duì)于高階差分格式推薦較低的松弛因子。28。多重網(wǎng)格法常用在現(xiàn)實(shí)時(shí)間推進(jìn)算法中，用于加快收斂。殘差光順Residual smoothing理論上可以加快收斂，但會(huì)增加計(jì)算量，光順次數(shù)愈多，增加的計(jì)算量越大，而且Residual Smoothing往往和現(xiàn)實(shí)時(shí)間推進(jìn)、多重網(wǎng)格、松弛因子配合使用，在最正確搭配下才能起到加快收斂的作用。29。30。 當(dāng)構(gòu)造網(wǎng)格和流動(dòng)方向一致時(shí)，QUICKG格式明顯具有較高的精度。雖然Fluent容許非構(gòu)造化網(wǎng)格使用QUICK格式，但其精度會(huì)降低。31?？偠灾?，一階離散一般會(huì)比二階離散的收斂性好，但精度要差，尤其是對(duì)三角形或者四面體

16、網(wǎng)格的精度更差。故對(duì)于三角形和四面體網(wǎng)格，流動(dòng)從來就不和網(wǎng)格成一條線，此時(shí)選擇二階離散能獲得更高的精度，但對(duì)于四邊形或者六面體網(wǎng)格，如果使用二階離散格式，尤其是對(duì)于復(fù)雜流動(dòng)，可以獲得更好的結(jié)果。32。在大多數(shù)情況下，可以在計(jì)算的開場(chǎng)使用二階格式。但對(duì)于有些情況，應(yīng)該以一階離散開場(chǎng)計(jì)算，在進(jìn)展了初步迭代之后再轉(zhuǎn)到二階格式。如解高馬赫數(shù)流動(dòng)問題。但假設(shè)使用二階格式遇到收斂性問題，那么應(yīng)該嘗試使用一階格式。33。對(duì)于渦旋和渦流來說，假設(shè)是使用的四邊形或六面體網(wǎng)格，QUICK離散格式會(huì)比二階格式產(chǎn)生更為準(zhǔn)確的結(jié)果。但一般來說二階格式的精度就已經(jīng)足夠了，QUICK也不一定能提高多少精度34。定常流計(jì)算一

17、般使用SIMLPLE或者SIMPLEC方法，對(duì)于過渡計(jì)算推薦使用PISO方法，PISO方法還可以用于高度傾斜網(wǎng)格的定常狀態(tài)和過渡計(jì)算。對(duì)于定常狀態(tài)問題，具有鄰近校正的PISO算法并不會(huì)比具有較好松弛因子的SIMPLE或SIMPLEC好。35對(duì)于大多數(shù)流動(dòng)，不需要修改默認(rèn)的亞松弛因子。但是，如果出現(xiàn)不穩(wěn)定或者發(fā)散的情況，就需要修改減少默認(rèn)的亞松弛因子，其中壓力、動(dòng)量、k、e的默認(rèn)值分別是0.2，0.5,0.5,0.5，對(duì)于SIMPLEC格式一般不需要減少壓力的松弛因子。對(duì)于其他標(biāo)量方程，對(duì)于默寫問題，默認(rèn)的亞松弛因子可能過大，尤其是對(duì)于初始計(jì)算，可將松弛因子設(shè)置為0.8是收斂更容易。36。殘差的

18、判斷標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)實(shí)際情況判斷。37。網(wǎng)格自適應(yīng)：Conformal自適應(yīng)方法只能用在三角形和四面體網(wǎng)格中，但hanging node自適應(yīng)方法能用在所有支持的網(wǎng)格形狀。Hanging node自適應(yīng)方法比comformal自適應(yīng)在本質(zhì)上更局部化。初始網(wǎng)格的連通性被限制在hanging node自適應(yīng)方案中，但是在comformal自適應(yīng)方法將修改細(xì)化或粗化網(wǎng)格的連通性。在三維，hanging node自適應(yīng)有一個(gè)跟保持網(wǎng)格層次和暫時(shí)存儲(chǔ)邊相關(guān)的存儲(chǔ)空間補(bǔ)償。但comformal 自適應(yīng)除了為增加網(wǎng)格密度而增加的節(jié)點(diǎn)，面和單元信息存儲(chǔ)之外就沒有多余的存儲(chǔ)空間了。38。光順化：在Fluent有兩種光順化的方法：