【小白的CFD之旅】14 實例反思【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-01-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

小白將敲門實例認真做了三遍,終于可以脫離文檔直接將實例從頭到尾的完成了。不過在做實例的過程中,小白還是發(fā)現(xiàn)了不少的問題。

這些問題包括:

實例是從導(dǎo)入網(wǎng)格文件開始的,這網(wǎng)格是什么鬼?
在Models節(jié)點中選擇了Energe及Viscous模型,但是模型列表框中包含有很多種模型,在其他的問題中,到底應(yīng)該選用何種模型?
案例中有很多節(jié)點沒有進行任何設(shè)置,如Dynamics Mesh節(jié)點,那么什么時候該啟用這些節(jié)點?
在Solution Methods設(shè)置面板中存在眾多的離散方法,這些離散方法是什么鬼?在實際工程中該如何選擇?
在進行計算之前,實例中進行了初始化,這初始化是什么鬼?有什么作用?
計算后處理中包含了眾多菜單選項,應(yīng)該怎么選擇?
敲門案例做完了么?后面還有沒有需要補充的內(nèi)容?怎樣才算完?
怎么去評價計算結(jié)果?如何知道算得對不對呢?

帶著這些問題,小白又找到了黃師姐,但是不巧黃師姐有點事兒要出門,于是讓小白找小牛師兄。
小牛師兄是一個很嚴肅的人,帶著厚厚的眼鏡坐在實驗室靠窗的辦公桌上,小白找到他時他正在草稿紙上埋首寫著什么。
“牛師兄,早啊“,小牛打招呼道。
"嗯早,小白啊,找我有事么?”小牛師兄停下手中的事情,問小白。
小白將他的疑問說給小牛師兄聽。小牛師兄聽完后笑了。

“不錯不錯,做完案例后能有這些疑問很難得。等你把這些疑問都搞明白了,CFD也基本上算入門了”。小牛師兄的話聲音很輕但很令人信服。
“你的這些疑問幾乎是所有初學(xué)者的疑問,詳細來講今天時間不夠,我們還是大概的聊一聊吧”,小牛師兄繼續(xù)說。

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1 關(guān)于網(wǎng)格

網(wǎng)格是個什么東西呢?為啥子需要網(wǎng)格?簡單來講,網(wǎng)格實現(xiàn)了將一個大問題化解為多個小問題,將連續(xù)的問題化解為離散的問題

NS方程
流體的運動過程很復(fù)雜,通常我們基于守恒方程來建立力學(xué)模型,如常用的基于質(zhì)量守恒、動量守恒的N-S方程,這些方程都是復(fù)雜的偏微分方程。

連續(xù)方程(質(zhì)量守恒方程)
\[\frac{\partial \rho}{\partial t}+div(\rho \vec{v})=0\]
動量方程(動量守恒方程):
\[\frac{\partial (\rho u)}{\partial t}+div(\rho u \vec{u}) = - \frac{\partial p}{\partial x}+div(\mu grad u)+S_{mx}\]
\[\frac{\partial (\rho v)}{\partial t}+div(\rho v\vec{u}) = - \frac{\partial p}{\partial y}+div(\mu grad v)+S_{my}\]
\[\frac{\partial (\rho w)}{\partial t}+div(\rho w\vec{u}) = - \frac{\partial p}{\partial y}+div(\mu grad w)+S_{mz}\]

可寫成統(tǒng)一形式:
\[\frac{\partial (\rho \phi)}{\partial t}+div(\rho \phi \vec{u}) = div(\Gamma grad \phi)+S_{\phi}\]

如此復(fù)雜的方程,難以直接求得數(shù)學(xué)上的解,工程上常用數(shù)值方法進行求解。數(shù)值怎么求解呢?一種基本的思想是將無限連續(xù)的計算空間分解為有限離散的計算區(qū)域,這些小的區(qū)域稱之為網(wǎng)格。有了網(wǎng)格后,就可以在網(wǎng)格基礎(chǔ)上應(yīng)用控制方程,利用一些離散方法將偏微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程,通過求解代數(shù)方程可以獲取所有網(wǎng)格上的物理量分布。

2 沒設(shè)置的節(jié)點

Fluent是一個通用軟件包,為了適應(yīng)大多數(shù)的問題求解,因而在設(shè)計時考慮了大部分流體問題求解所需要進行的設(shè)置,因此在案例設(shè)置的過程中,存在很多不需要進行設(shè)置的節(jié)點。
那么該怎么知道哪些節(jié)點需要設(shè)置哪些節(jié)點不需要設(shè)置呢?歸根結(jié)底還是跟使用者對自己問題所涉及的物理背景了解程度,以及想要考慮物理模型的精細程度。