FLUENT13培訓(xùn)教材04求解器設(shè)置-ANSYS公司ppt課件

1、ANSYS FLUENT 培訓(xùn)教材第四節(jié)：求解器設(shè)置安世亞太科技北京概要運(yùn)用求解器求解過(guò)程概覽設(shè)置求解器參數(shù)收斂定義監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性加速收斂精度網(wǎng)格無(wú)關(guān)性網(wǎng)格自順應(yīng)非穩(wěn)態(tài)流模擬后續(xù)章節(jié)中引見(jiàn)非穩(wěn)態(tài)流問(wèn)題設(shè)置非穩(wěn)態(tài)流模型選擇總結(jié)附錄求解過(guò)程概覽求解參數(shù)選擇求解器離散格式初始條件收斂監(jiān)測(cè)收斂過(guò)程穩(wěn)定性設(shè)置松弛因子設(shè)置 Courant number加速收斂精度網(wǎng)格無(wú)關(guān)性自順應(yīng)網(wǎng)格NoSet the solution parametersInitialize the solutionEnable the solution monitors of interestModify solution paramet

2、ers or gridCalculate a solutionCheck for convergenceCheck for accuracyStopYesYesNo求解器選擇FLUENT中有兩種求解器 壓力基和密度基。壓力基求解器以動(dòng)量和壓力為根本變量經(jīng)過(guò)延續(xù)性方程導(dǎo)出壓力和速度的耦合算法壓力基求解器有兩種算法分別求解器 壓力修正和動(dòng)量方程順序求解。耦合求解器 (PBCS) 壓力和動(dòng)量方程同時(shí)求解Pressure-Based(segregated)Density-Based(coupled)Solve Mass Continuity;Update VelocitySolve U-Momentu

3、mSolve V-MomentumSolve W-MomentumPressure-Based(coupled)Solve Turbulence Equation(s)Solve SpeciesSolve EnergySolve Other Transport Equations as requiredSolve Mass& MomentumSolve Mass,Momentum,Energy,Species求解器選擇密度基耦合求解器以矢量方式求解延續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程和組分方程經(jīng)過(guò)形狀方程得到壓力其他標(biāo)量方程按照分別方式求解DBCS 可以顯式或隱式方式求解隱式 運(yùn)用高斯賽德?tīng)柗椒ㄇ蠼?/p>

4、一切變量顯式: 用多步龍格庫(kù)塔顯式時(shí)間積分法。Enabling pressure-based coupled solver (PBCS)如何選擇求解器壓力基求解器運(yùn)用范圍覆蓋從低壓不可緊縮流到高速緊縮流需求的內(nèi)存少求解過(guò)程靈敏壓力基耦合求解器 (PBCS) 適用于大多數(shù)單相流，比分別求解器性能更好不能用于多相流歐拉、周期質(zhì)量流和 NITA比分別求解器多用1.52倍內(nèi)存密度基耦合求解器 (DBCS)適用于密度、能量、動(dòng)量、組分間強(qiáng)耦合的景象例如: 伴有熄滅的高速可緊縮流動(dòng)，超高音速流動(dòng)、激波干擾隱式方法普通優(yōu)于顯式，由于其對(duì)時(shí)間步有嚴(yán)厲的限制顯式方法普通用于流動(dòng)時(shí)間尺度和聲學(xué)時(shí)間尺度相當(dāng)?shù)那闆r如

5、高馬赫激波的傳播離散化插值方法存儲(chǔ)在單元中心的流場(chǎng)變量必需插值到控制面子上對(duì)流項(xiàng)的插值方法有:First-Order Upwind 易收斂，一階精度。Power Law 對(duì)低雷諾數(shù)流動(dòng) Recell 5 比一階格式更準(zhǔn)確Second-Order Upwind 尤其適用流動(dòng)和網(wǎng)格方向不一致的四面體/三角形網(wǎng)格，二階精度，收斂慢Monotone Upstream-Centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL) 對(duì)非構(gòu)造網(wǎng)格，部分三階精度，對(duì)二次流、旋轉(zhuǎn)渦、力等預(yù)測(cè)的更準(zhǔn)確Quadratic Upwind Interpolation (QUICK) 適用

6、于四邊形/六面體以及混合網(wǎng)格，對(duì)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)有用，在均勻網(wǎng)格上能到達(dá)三階精度插值方法梯度為了得到分散通量、速度導(dǎo)數(shù)，以及高階離散格式，都需求求解變量的梯度單元中心的變量梯度由以下三種方法得到:Green-Gauss Cell-Based 能夠會(huì)引起偽分散Green-Gauss Node-Based 更準(zhǔn)確，更少偽分散，建議對(duì)三角形/四面體網(wǎng)格采用Least-Squares Cell-Based 建議對(duì)多面體網(wǎng)格采用，精度和屬性同Node-based面上的梯度用多級(jí)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)求得壓力的插值方法運(yùn)用分別算法時(shí)，計(jì)算面上壓力的插值方法有:Standard 默許格式，對(duì)于近邊境的沿面法向存在大壓力梯度流

7、動(dòng)，精度下降假設(shè)存在壓力突變，建議改用 PRESTO! PRESTO! 用于高度旋流，包括壓力梯度突變多孔介質(zhì)，風(fēng)扇模型等或者計(jì)算域存在大曲率的面Linear 當(dāng)其他格式導(dǎo)致收斂問(wèn)題或非物了解時(shí)運(yùn)用Second-Order 用于緊縮流，不適用多孔介質(zhì)、風(fēng)扇、壓力突變以及VOF/Mixture 多相流Body Force Weighted 用于大體積力的情況，如高瑞利數(shù)自然對(duì)流或高旋流壓力速度耦合 壓力基求解器經(jīng)過(guò)延續(xù)性方程和動(dòng)量方程導(dǎo)出壓力方程或壓力修正方程FLUENT中有四種耦合方式Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIM

8、PLE)默許算法，穩(wěn)健性好SIMPLE-Consistent (SIMPLEC)對(duì)簡(jiǎn)單問(wèn)題，收斂更快，如層流Pressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO)對(duì)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)或者高扭曲度網(wǎng)格有用Fractional Step Method (FSM) 對(duì)非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題和 NITA 合用，類(lèi)似 PISO.初始化FLUENT 要求一切的求解變量有初始值更真實(shí)的初值能提高收斂穩(wěn)定性，加速收斂過(guò)程.有些情況需求一個(gè)好的初值在特定區(qū)域?qū)μ囟ㄗ兞繂为?dú)賦值自在射流放射區(qū)高速熄滅問(wèn)題 高溫激活反響單元標(biāo)注自順應(yīng)FMG 初始化Full MultiGrid (FMG)

9、 能用來(lái)創(chuàng)建更好的初場(chǎng)。FMG 初始化對(duì)包括大的壓力梯度和速度梯度的復(fù)雜流動(dòng)有用在粗級(jí)別網(wǎng)格上求解一階歐拉方程可用于壓力基或密度基求解器，但限于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題啟動(dòng) FMG 初始化壓力基求解器: /solve/init/fmg-initialization密度基求解器: 中選擇密度基求解器后在 GUI里可見(jiàn) FMG 在粗網(wǎng)格上用多重網(wǎng)格求解經(jīng)過(guò) TUI 命令來(lái)設(shè)置/solve/init/set-fmg-initialization檢查CaseCase Check 功能發(fā)現(xiàn)一些常見(jiàn)的錯(cuò)誤設(shè)置和不一致性提供選擇參數(shù)和模型的指點(diǎn)用于可以直接運(yùn)用或忽略這些建議收斂性計(jì)算收斂時(shí)應(yīng)該滿(mǎn)足:一切離散的守恒方程動(dòng)量、

10、能量等在一切的單元中滿(mǎn)足指定的誤差或者結(jié)果隨計(jì)算不再改動(dòng)全局的質(zhì)量、動(dòng)量、能量和標(biāo)量到達(dá)平衡運(yùn)用殘差歷史曲線(xiàn)來(lái)監(jiān)測(cè)收斂：普通地，殘差下降三個(gè)量級(jí)表示至少到達(dá)定性的收斂，流場(chǎng)的主要特征曾經(jīng)構(gòu)成。壓力基求解器的能量殘差應(yīng)下降到10-6組分殘差應(yīng)下降到10-5監(jiān)測(cè)定量的收斂:監(jiān)測(cè)其他關(guān)鍵的物理量確保全局的質(zhì)量、能量、組分守恒。監(jiān)測(cè)收斂-殘差殘差圖顯示何時(shí)收斂到達(dá)指定規(guī)范All equationsconverged.10-310-6監(jiān)測(cè)收斂-力和面上的變量除了殘差外，也可以監(jiān)測(cè)升力、阻力和力矩系數(shù)邊境或其他定義的面上的導(dǎo)出變量或函數(shù)如面積分檢查全局通量守恒除了監(jiān)測(cè)殘差和變量歷史外，也可以檢查全局熱和質(zhì)

11、量平衡凈通量差值Net Results應(yīng)該小于經(jīng)過(guò)邊境最小通量的1%殘差與收斂假設(shè)監(jiān)測(cè)到求解曾經(jīng)收斂，但計(jì)算結(jié)果還在改動(dòng)，或還有大的質(zhì)量/熱量不平衡，這表示求解還未收斂此時(shí)，他應(yīng)該:減小殘差規(guī)范或封鎖監(jiān)測(cè)殘差的窗口繼續(xù)迭代直至計(jì)算收斂在Convergence Criterion 窗口選擇 None封鎖監(jiān)測(cè) 殘差的窗口收斂遇到的困難對(duì)一些病態(tài)問(wèn)題，差質(zhì)量的網(wǎng)格或不適宜的求解設(shè)置，都能夠出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定性表現(xiàn)為殘差曲線(xiàn)上揚(yáng)發(fā)散或不下降發(fā)散意味守恒方程的不平衡添加沒(méi)收斂的結(jié)果會(huì)誤導(dǎo)運(yùn)用者處理方法確保問(wèn)題是物理合理的用一階離散格式計(jì)算一個(gè)初場(chǎng)對(duì)壓力基求解器，減少發(fā)散方程的 松弛因子對(duì)密度基求解器，減少C

12、ourant 數(shù)重新生成網(wǎng)格或加密質(zhì)量差的網(wǎng)格留意網(wǎng)格自順應(yīng)不能提高扭曲度大 的網(wǎng)格質(zhì)量Continuity equation convergencetrouble affects convergence ofall equations.修正松弛因子松弛因子用來(lái)穩(wěn)定壓力基求解器的迭代過(guò)程以缺省的松弛因子開(kāi)場(chǎng)計(jì)算減少動(dòng)量方程的松弛因子經(jīng)常有助于收斂缺省值對(duì)大多數(shù)問(wèn)題都適用，需求時(shí)他可以改動(dòng)這些值適宜的設(shè)置最好經(jīng)過(guò)閱歷獲得對(duì)密度基求解器，對(duì)耦合方程組外的方程，松弛因子同樣有用修正 Courant 數(shù)對(duì)密度基求解器，即使穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，也存在瞬態(tài)項(xiàng)用Courant 定義時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)顯式求解器:穩(wěn)定性約束限制

13、了最大Courant 數(shù)不能超越 2缺省為1有收斂困難時(shí)減少 Courant 數(shù)對(duì)隱式求解器: Courant 沒(méi)有穩(wěn)定性約束限制缺省值為 5.加速收斂可以經(jīng)過(guò)以下方法加速收斂:設(shè)置更好的初場(chǎng)從前次的計(jì)算結(jié)果開(kāi)場(chǎng)如需求，可以運(yùn)用file/interpolation漸次添加松弛因子或Courant數(shù)過(guò)高的值容易引起發(fā)散繼續(xù)迭代是應(yīng)保管case和date文件控制多重網(wǎng)格求解器設(shè)置 普通不引薦缺省設(shè)置普通足夠穩(wěn)定，不建議修正從已有結(jié)果開(kāi)場(chǎng)計(jì)算已有的計(jì)算結(jié)果可以作為初場(chǎng)運(yùn)用運(yùn)用結(jié)果插值如密網(wǎng)格計(jì)算以粗網(wǎng)格結(jié)果為初值開(kāi)場(chǎng)初始化后，新的迭代從目前數(shù)據(jù)開(kāi)場(chǎng)一些建議:Actual ProblemInitial

14、 ConditionHeat TransferIsothermalNatural convectionLow Rayleigh numberCombustion / reacting flowCold flow (no combustion)TurbulenceInviscid (Euler) solution求解精度收斂的結(jié)果不一定是正確的需求利用其他數(shù)據(jù)或物理知識(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)展檢查和評(píng)價(jià)用二階上風(fēng)格式獲得最終解確保結(jié)果是網(wǎng)格無(wú)關(guān)的:用自順應(yīng)加密網(wǎng)格或重新劃分網(wǎng)格來(lái)研討網(wǎng)格無(wú)關(guān)性假設(shè)流場(chǎng)結(jié)果看起來(lái)不合理:重新思索物理模型和邊境條件檢查網(wǎng)格質(zhì)量，如必要，重新劃分網(wǎng)格重新思索邊境條件或域的位置，不充

15、分的邊境對(duì)結(jié)果精度影響很大網(wǎng)格質(zhì)量和求解精度數(shù)值誤差和網(wǎng)格梯度及網(wǎng)格面上插值相關(guān)建議:運(yùn)用高階離散格式 (二階上風(fēng), MUSCL)盡量讓網(wǎng)格和流動(dòng)方向一致減少偽分散加密網(wǎng)格足夠的網(wǎng)格密度對(duì)求解有突變的流動(dòng)非常有用隨著網(wǎng)格尺寸減少，插值誤差也減少對(duì)非均勻網(wǎng)格，尺寸變化不要太大均勻網(wǎng)格的截?cái)嗾`差小FLUENT 提供基于網(wǎng)格尺寸梯度的自順應(yīng)減小網(wǎng)格扭曲度和長(zhǎng)細(xì)比普通地，防止運(yùn)用長(zhǎng)細(xì)比大于5的網(wǎng)格邊境層允許運(yùn)用更大長(zhǎng)細(xì)比的網(wǎng)格優(yōu)化四邊形/六面體網(wǎng)格，使其更接近正交優(yōu)化三邊形/四面體網(wǎng)格，使其更接近等邊網(wǎng)格無(wú)關(guān)解當(dāng)加密網(wǎng)格，結(jié)果不再改動(dòng)時(shí)，稱(chēng)為網(wǎng)格無(wú)關(guān)解。 得到網(wǎng)格無(wú)關(guān)解的過(guò)程:生成一個(gè)新的、更密的網(wǎng)格回到網(wǎng)格階段，手動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格 或者，用自順應(yīng).重要: 首先保管 case 和 data文件創(chuàng)建自順應(yīng)網(wǎng)格，插值原結(jié)果到密網(wǎng)格上。FLUENT提供動(dòng)態(tài)網(wǎng)格自順應(yīng)，會(huì)根據(jù)用戶(hù)定義的規(guī)范自動(dòng)改動(dòng)網(wǎng)格 繼續(xù)計(jì)算直至收斂。比較兩次結(jié)果的解。如有必