2016年離散相參數(shù)設(shè)置超級詳細版

2017-01-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

2016年離散相參數(shù)設(shè)置超級詳細版

一、耦合和非耦合

離散相計算分為兩種,耦合和非耦合,也就是市面說的雙項耦合(耦合)和單項耦合(非耦合)。這種說法其實是不準確的,還是按照fluent 官方文件的用法叫做Uncoupledvs. Coupled DPM 耦合和非耦合

1非耦合 Uncoupled DPM

這種最簡單,它的意思是你的連續(xù)相(也就是流場)計算可以是steady(定常/穩(wěn)態(tài)流場)也可以是unsteady(非定常/瞬態(tài)/transient)。這兩種連續(xù)相的流場中離散相計算都可以用非耦合粒子計算。非耦合的意思是什么呢?就是你先要把連續(xù)相流場計算好了之后,就是計算收斂之后。進行數(shù)據(jù)后處理時候。把離散相打開,按照下面的圖流程去操作,前提是流場已經(jīng)收斂了,

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圖一打開離散相為On 這一步大家都會吧

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圖二因為是非耦合 這一步只需要設(shè)置 紅方框里面的這些選項即可上面的其他都不要設(shè)置

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圖三省略就是設(shè)置上圖的

設(shè)置好了之后直接去后處理就行了,后處理時候fluent會默認幫你算了DPM,是,當你顯示軌跡的時候,fluent里面會顯示類似下圖的文字。。。

到這里非耦合計算就講完了。非耦合計算原理是不考慮離散相對連續(xù)相的影響,就是離散相的動量、質(zhì)量、溫度等信息不會反饋給流場,因為你流場事先已經(jīng)計算收斂了,不能變了,當你開DPM時候,就是通過流場的信息計算DPM了。他是流場產(chǎn)生DPM場的概念。

2 耦合計算Coupled DPM

耦合計算相對復雜,不過也是大家做科研都需要用的,我想上面的那種非耦合基本沒人用。耦合計算就是DPM和Fluid流場計算是同時進行的。但是一個重要誤區(qū)是,網(wǎng)上說這種計算是計算流場前先把DPM設(shè)置參數(shù)都設(shè)置好再算,其實是錯誤的,因為Fluent 官方文件是說先把流場計算有個初始結(jié)果后再開DPM共同計算然后進入最后的收斂狀態(tài)。順序就是先計算流場計算收斂,然后開DPM,然后再繼續(xù)計算到共同收斂。

首先你把連續(xù)相流場計算收斂了。然后按下圖開DPM設(shè)置

圖一打開離散相為On 這一步大家都會吧

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圖二開DPM 這時候紅色方框里面的是必須設(shè)置選項!!!

圖三還是設(shè)置Injection 就是粒子的速度 數(shù)量 等信息。

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到這里已經(jīng)設(shè)置完耦合計算的參數(shù),這時候就可以計算了,耦合計算的原理就是流場計算一會,離散相計算一會,這兩次的數(shù)據(jù)有交換,離散相對連續(xù)相的動量 mass 溫度等信息都會改變,流場計算也會改變離散相粒子的物理信息。

二、steady和unsteady 粒子追蹤

離散相粒子的追蹤方式有兩種,是steady追蹤和unsteady追蹤。也就是市面上說的穩(wěn)態(tài)追蹤(steady)和非穩(wěn)態(tài)追蹤(unsteady)。這個市面上解釋的還算靠譜,我簡要說下

1 steady追蹤

Steady追蹤離散相從射入口起始位置開始計算,他是根據(jù)你設(shè)置的連續(xù)相流場迭代步間隔開始計算一次。等到計算結(jié)束,離散相也終止了計算,但是你要保證整個計算結(jié)束后離散相的軌跡計算已經(jīng)推進到流場的末端才行。

即必須選擇 Interactionwith ContinuousPhase 選項,并指定大于0的 Number of Continuous Phase Iterations Per DPMIteration 值。顆粒軌跡追蹤方式為,每隔此連續(xù)相迭代步數(shù), DPM 求解器對每個顆粒進行一輪包含一步或多步的軌跡計算。每一步, DPM 求解器計算顆粒從當前狀態(tài)(位置、速度、尺寸、溫度等)起在積分時間(即一個顆粒時間步長)內(nèi)的運動軌跡以及動量、質(zhì)量和能量損益,并得到更新的顆粒狀態(tài)。同時,在每一個顆粒時間步噴射一次顆粒。一輪軌跡計算得到的分散相顆粒的動量、質(zhì)量和能量損益將在下一個連續(xù)相迭代步計入連續(xù)相源項。積分時間步長和每一輪的步數(shù)由用戶給定。這樣,隨著連續(xù)相迭代的進行,顆粒將逐輪、逐步地向前推進。

2 unsteady 追蹤

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如圖所示,unsteady追蹤就是開下圖的紅方框設(shè)置。

如圖所示,unsteady追蹤就是圖的紅方框設(shè)置。

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設(shè)置完上面后你還需要設(shè)置顆粒釋放 start time 和stoptime

初學者很容易忽略start time 和stoptime 的設(shè)置!!一定要切記設(shè)置!

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解釋:

1、流體相(連續(xù)相)每次迭代20步,開始進行離散相的計算

2、Particletime steps為0.001s代表,顆粒相每0.001s追蹤一次,但是,在開始計算階段,粒子一邊釋放一邊追蹤,釋放完成后也在追蹤

3、Numberof time steps代表每次追蹤的步數(shù),當然,開始階段是在不斷釋放顆粒,你會看到顆粒數(shù)不斷增加。

4、starttime代表開始釋放粒子的時刻,認為應在在流體流完整個流道再開始注射,流體流過模型的長度L除以速度V,即Start=L/V合適。

我再次解釋一下,unsteady追蹤參數(shù)的原理,想必大家還是不太清楚,市面上的解釋會讓家看的頭大!

主要是這幾個參數(shù)的關(guān)系:

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這個參數(shù)代表連續(xù)相迭代20步開始執(zhí)行離散相的非穩(wěn)態(tài)追蹤,至于離散相是怎么具體計算的追蹤的,要看參數(shù)B和C

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Particle Time step size代表粒子從start time(見下面參數(shù)C)開始注入流場,每隔0.05s注射一次,比如start time=0.001s, 每次注射224個粒子的話,那么0.001s開始注入第一個224個粒子,0.051s注入第二個224個粒子,0.101s注入第三個224個粒子,是隔著時間步不斷注入粒子的過程,每次注射后的粒子都在計算,都在向前推進,都在向前運動。

舉例如下:

如果Number of Time steps 設(shè)置為1 ,那么開始執(zhí)行計算n個迭代步步后可以看到粒子如下,當前迭代步是1940,紅框總追蹤到13440個粒子,那么下一個時間步繼續(xù)看下圖。

那么下一個時間步繼續(xù)看下圖。

那么下一個時間步繼續(xù)看下圖。

那么這個圖和上個圖的區(qū)別大家看到了嗎,當前迭代步是1960步,上張圖是1940,經(jīng)過了20個迭代步,這個20就是參數(shù)最上面提到的參數(shù)A?，F(xiàn)在紅框粒子數(shù)量變成了13664個。

13664-13440=224個,因為每次入口都是注入224個粒子,224是我設(shè)置的入口粒子group注入,group注入方式是根據(jù)入口截面網(wǎng)格密度而定的顆粒數(shù)量。

那么現(xiàn)在繼續(xù)舉例,將上面的參數(shù),Number of Time steps 設(shè)置為5,注意了,這次變?yōu)?/span>5了。

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現(xiàn)在紅色方框大家看到了,每經(jīng)過20個連續(xù)流場的迭代步后,顆粒一次性注入5次,每次224個,數(shù)量不斷疊加增大。每次注射的同時,先前注射的粒子一直在進行著向前推進的運動計算。

現(xiàn)在解釋Particle Time step size=0.05s的意思。大家明白了嗎?其實很容易理解了,拿上面的粒子看,我們每20步釋放一次顆粒,只要顆粒釋放了就在計算推進軌跡,新加入的新計算,先前的一直在計算。那么這個0.05s的時間間隔是什么意思呢?就是每20個迭代步顆粒前進0.05s,而先前注入的粒子前進了當前總迭代步數(shù)除以20個0.05s,比如上圖,當前迭代步是1980步,那么start time=0.001s開始注入的粒子前進了1980/20*0.05s=4.95s了。后面的粒子分別前進了4.90s 4.85s 4.80s ……0.05s,是這樣的規(guī)律,但是粒子跑完整個流場有個總的時間跨度,所以需要設(shè)置下面的參數(shù)C start time 和stop time.

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現(xiàn)在介紹參數(shù)C。strat time就是顆粒開始釋放的時間,是人為規(guī)定的。你隨便定義就好。還是拿上面粒子20迭代步舉例。比如設(shè)置start time 為0.001s, 那么,你設(shè)置好DPM第一次執(zhí)行計算時候,流場迭代了20步后,粒子開始釋放,這個第一次釋放的時刻就是0.001s,同理,如果你設(shè)置start time 為1s,你設(shè)置好DPM第一次執(zhí)行計算時候,流場迭代了20步后,粒子開始釋放,這個第一次釋放的時刻就是1s。所以start time是一個參考值,不具有意義,意義是stop time和start time的時間差。現(xiàn)在我們解釋這個時間差具體迭代總步數(shù)的關(guān)系。還是上圖的粒子。如果start time 設(shè)置為0.001s,stop time 設(shè)置為0.5s,那么時間差是0.5s-0.001s=0.499s. 這個時間跨度是0.499s,我們的粒子是每隔20隔迭代步釋放一次,為了保證我們最初的粒子是走完了整個流場,那么你需要多少個20隔迭代步數(shù)呢?答案很明顯了。那就是0.499s/0.05s*20大約等于200.那么下圖的紅方框的總迭代步數(shù)至少大于200.

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到此,就講完了上面三個參數(shù)ABC和總計算的迭代步數(shù)的關(guān)系。

這里需要提醒大家一下的是,粒子跑完整個流場大約需要多長時間呢?這個需要你自己估計。比如你的模型是一個圓管從一端注入粒子,粒子注入速度是1m/S,圓管長度是1m,那么你的粒子大約1s就可以跑完整個流場。這時候你的stop time和start time的時間差值至少要大于1s才能保證跑完全程,比如你可以設(shè)置strat time =0s,stop time=1.5s ,這時候差值是1.5s>1s 就可以保證跑完全程了。這時候如果迭代步設(shè)置為20步間隔進行一次離散相注入的話,如果Particle Time step size設(shè)置為0.05s間隔的話,那么總的迭代步數(shù)至少是1.5s/0.05*20大約600步,迭代步下圖紅框你至少要大于600。

到此,這些參數(shù)的介紹就完畢了。

下面補充一下,你怎么知道粒子是否真的跑夠了stop time呢?就是說如果stop time 設(shè)置的是0.5s,我們怎么確認start time 時刻注入的粒子跑夠了0.5s呢?其實很簡單,當你看到下圖紅方框,粒子追蹤總個數(shù)不再變化就說明跑完了,因為你沒注入一次粒子就會增加一次,當粒子總數(shù)量不再變化時候,就說明粒子運動時間夠了stop time,這時候就不再注入粒子了,這時候就意味這粒子軌跡還在計算,但是不再新注入新顆粒了。等待計算結(jié)束后處理即可。