Fluent的求解（一）——SIMPLE、SIMPLEC、PISO與Coupled算法

2016-12-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在Solution Methods設(shè)置中,使用Pressure-based求解器時(shí),在求解時(shí)涉及到算法的問題,這里的算法一般有以下幾種:SIMPLE、SIMPLEC、PISO和Coupled。在FLUENT 6.3版本以前,這四種算法分為2類,即前3種稱為分離求解方法,第4種稱為耦合求解方法。下面對(duì)這幾種方法做簡(jiǎn)要介紹。

SIMPLE算法是目前工程上應(yīng)用最為廣泛的一種流場(chǎng)計(jì)算方法,它屬于壓力修正法的一種。其原理這里不做詳細(xì)介紹,可參考關(guān)于計(jì)算流體力學(xué)的書籍。

SIMPLEC算法與SIMPLE算法的基本思路一致,僅在通量修正方法上有所改進(jìn),因而加快了計(jì)算的收斂速度。SIMPLEC算法為求解非復(fù)雜問題時(shí)比較好的選擇,使用SIMPLEC算法時(shí),壓力耦合算法的欠松弛因子一般應(yīng)設(shè)為1.0,這樣能加快收斂。

SIMPLE算法與SIMPLEC算法在每個(gè)迭代步中得到的壓強(qiáng)場(chǎng)都不能完全滿足動(dòng)量方程,因此需要反復(fù)迭代,直到收斂。

PISO算法針對(duì)SIMPLE算法中每個(gè)迭代步獲得的壓強(qiáng)場(chǎng)與動(dòng)量方程偏離過大的問題,在每個(gè)迭代步增加了動(dòng)量修正和網(wǎng)格畸變修正過程,因此雖然PISO算法的每個(gè)迭代步中的計(jì)算量大于SIMPLE算法和SIMPLEC算法,但是由于每個(gè)迭代步中獲得的壓強(qiáng)場(chǎng)更準(zhǔn)確,所以使得計(jì)算收斂得更快,也就是說獲得收斂解需要的迭代步數(shù)大大減少了。

Coupled算法同時(shí)求解連續(xù)方程、動(dòng)量方程和能量方程。計(jì)算過程也需要經(jīng)過迭代才能收斂得出最終的解。

分離式求解方法以前主要用于從不可壓流動(dòng)和微可壓流動(dòng),而耦合式求解器用于高速可壓流動(dòng)?，F(xiàn)在,兩種求解器都適用于從不可壓到高速可壓流動(dòng),但總的來講,當(dāng)計(jì)算高速可壓流動(dòng)時(shí),耦合式求解器比分離式求解器更有優(yōu)勢(shì)。

Non-Iterative Time Advancement

Non-Iterative Time Advancement(非迭代時(shí)間推進(jìn)法)是專門針對(duì)非穩(wěn)態(tài)問題的一種方法,一般與PISO算法聯(lián)合使用,稱為瞬態(tài)問題的PISO算法。與穩(wěn)態(tài)問題的計(jì)算相區(qū)別,在瞬態(tài)計(jì)算的每個(gè)時(shí)間步內(nèi),利用PISO算法計(jì)算時(shí)不需要迭代。PISO算法的精度取決于時(shí)間步長(zhǎng),使用越小的時(shí)間步長(zhǎng),可取得越高的計(jì)算精度,當(dāng)步長(zhǎng)比較小時(shí),不進(jìn)行迭代也可保證計(jì)算有足夠的精度。

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)于穩(wěn)態(tài)問題,可能選擇SIMPLE或SIMPLEC算法更為合適。

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