Fluent中加快計(jì)算的小技巧

2016-11-23 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

Fluent中加快計(jì)算的小技巧

1、Reorder功能

CFD計(jì)算最后都要轉(zhuǎn)化為矩陣的計(jì)算,帶狀矩陣帶寬較小,矩陣想成等計(jì)算時(shí)速度就會(huì)越快。Fluent中提供了一種Reorder工具,把矩陣中元素重新排序,把零元素集中,從而減少矩陣帶寬。其排序方法是經(jīng)典的Cuthill-McKee方法(如圖1所示),很有效。

Fluent中加快計(jì)算的小技巧

2、多重網(wǎng)格算法

迭代的過(guò)程實(shí)際上是消除誤差的過(guò)程,同一層網(wǎng)格上的高頻誤差消除速度快,而低頻誤差消除速度慢,但是較密網(wǎng)格上的低頻誤差相當(dāng)于較梳網(wǎng)格上的高頻誤差。因此就出現(xiàn)了多重網(wǎng)格算法(Multigrid Method),先在原始較密的網(wǎng)格上迭代,然后將較密的網(wǎng)格聚合成較梳的網(wǎng)格,再在這個(gè)較梳的網(wǎng)格上迭代,然后把解在傳遞會(huì)原始網(wǎng)格上。網(wǎng)格層數(shù)可以有多層,解的傳遞也可以有多種方式,既有“W”方式,也有“V”方式。通過(guò)這種方式可以大大加快計(jì)算速度,在Fluent中只有基于密度的顯示算法提供了多重網(wǎng)格該算法。多重網(wǎng)格算法完全由求解器自動(dòng)運(yùn)行,不需要人工變化網(wǎng)格。更多的細(xì)節(jié)可以參考Fluent軟件用戶手冊(cè)。

3、合理初始流場(chǎng)解

理論上,定常問(wèn)題的初始解可以任意給定。但是初值的好壞影響解的過(guò)程,尤其是對(duì)計(jì)算速度的影響很大,甚至影響計(jì)算能否收斂的問(wèn)題。因此提供一個(gè)好的初值就可以加快計(jì)算速度。

不同的問(wèn)題可以有不同的手段來(lái)提供好的初始值,比如彎管問(wèn)題,如圖2所示,指定A的初始速度向左而B(niǎo)區(qū)的初始速度向上,這將比所有區(qū)域的速度都指定為一個(gè)方向要好的多。

Fluent中加快計(jì)算的小技巧

對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題,可以先計(jì)算簡(jiǎn)單問(wèn)題,將簡(jiǎn)單問(wèn)題的解作為復(fù)雜問(wèn)題的初始解來(lái)計(jì)算,如表1所示:

Fluent中加快計(jì)算的小技巧

對(duì)上表仔細(xì)體會(huì),可以把此思想擴(kuò)展到其它問(wèn)題。比如噴管進(jìn)口壓力很大,而出口壓力相對(duì)較小,此類問(wèn)題很難一次初始化后收斂,可以考慮先提高出口邊界壓力,待計(jì)算近似收斂后,再一步一步降低出口壓力直達(dá)到真實(shí)值。航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓氣機(jī)計(jì)算時(shí),如果把真實(shí)的出口壓力直接賦在出口邊界上時(shí),經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致返流,很難收斂,此時(shí)可以先降低出口壓力計(jì)算,待近似收斂后再逐步提高出口壓力直到真實(shí)值。

4、調(diào)節(jié)松弛因子、Courant數(shù)與離散格式

松弛因子取值范圍0~1,基于密度的顯示解算器的Courant數(shù)取值0~2,基于密度計(jì)的隱式計(jì)算器的Courant數(shù)可以去任意值。松弛因子與Courant數(shù)越大收斂速度越快,也越容易不穩(wěn)定導(dǎo)致發(fā)散。因此在解得初始階段可以降低松弛因子與Courant數(shù)的取值,待計(jì)算基本穩(wěn)定后調(diào)大取值。一階離散格式計(jì)算速度快、容易穩(wěn)定但計(jì)算精度低,而二階格式計(jì)算速度慢不容易穩(wěn)定,但是計(jì)算精度高。因此為了提高計(jì)算精度,可以先進(jìn)行一階計(jì)算,待穩(wěn)定后在提高到二階。

5、調(diào)節(jié)邊界條件

對(duì)于多級(jí)壓氣機(jī)計(jì)算問(wèn)題,出口壓力邊界值經(jīng)常遠(yuǎn)大于進(jìn)口壓力值,在初始計(jì)算時(shí)經(jīng)常會(huì)在此出現(xiàn)返流現(xiàn)象,計(jì)算不穩(wěn)定且速度緩慢。對(duì)于這類出口有返流的問(wèn)題,可以先把出口壓力降低,待流場(chǎng)建立起來(lái)之后,再逐步回調(diào)到正常壓力,從而使計(jì)算壓力穩(wěn)定且速度快。

有些問(wèn)題進(jìn)出口壓力比值較大,如果直接以進(jìn)口條件做初場(chǎng)計(jì)算很容易發(fā)散或者計(jì)算速度很慢。這時(shí)可以將出口壓力調(diào)高,待流場(chǎng)穩(wěn)定后在逐步降低出口壓力,很快收斂。

上述加快計(jì)算的小技巧經(jīng)常需要聯(lián)合匹配使用,同時(shí)需要在實(shí)際應(yīng)用中多加總結(jié)。

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