FLUENT基本概念與常見問題匯總（三）

2017-01-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

23、單、雙精度解算器

Fluent的單雙精度求解器適合于所有的計(jì)算平臺(tái),在大多數(shù)情況下,單精度求解器就能很好地滿足計(jì)算精度要求,且計(jì)算量小。但在有些情況下推薦使用雙精度求解器:

1)如果幾何體包含完全不同的尺度特征(如一個(gè)長(zhǎng)而壁薄的管),用雙精度的;

2)如果模型中存在通過小直徑管道相連的多個(gè)封閉區(qū)域,不同區(qū)域之間存在很大的壓差,用雙精度;

3)對(duì)于有較高的熱傳導(dǎo)率的問題或?qū)τ谟休^大的長(zhǎng)寬比的網(wǎng)格,用雙精度。

24、離散格式的選擇

控制方程的擴(kuò)散項(xiàng)一般采用中心差分格式離散,而對(duì)流項(xiàng)則可釆用多種不同的格式進(jìn)行離散。Fluent允許用戶為對(duì)流項(xiàng)選擇不同的離散格式(注意:粘性項(xiàng)總是自動(dòng)地使用二階精度的離散格式)。默認(rèn)情況下,當(dāng)使用分離式求解器時(shí),所有方程中的對(duì)流項(xiàng)均用一階迎風(fēng)格式離散;當(dāng)使用耦合式求解器時(shí),流動(dòng)方程使用二階精度格式,其他方程使用一階精度格式進(jìn)行離散。此外,當(dāng)選擇分離式求解器時(shí),用戶還可為壓力選擇插值方式。

當(dāng)流動(dòng)與網(wǎng)格對(duì)齊時(shí),如使用四邊形或六面體網(wǎng)格模擬層流流動(dòng),使用一階精度離散格式是可以接受的,但當(dāng)流動(dòng)斜穿網(wǎng)格線時(shí),一階精度格式將產(chǎn)生明顯的離散誤差(數(shù)值擴(kuò)散)。因此,對(duì)于2D三角形及3D四面體網(wǎng)格,注意使用二階精度格式,特別是對(duì)復(fù)雜流動(dòng)更是如此。一般來講,在一階精度格式下容易收斂,但精度較差。有時(shí),為了加快計(jì)算速度,可先在一階精度格式下計(jì)算,然后再轉(zhuǎn)到二階精度格式下計(jì)算。如果使用二階精度格式遇到難于收斂的情況,則可考慮改換一階精度格式。

對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)及有旋流的計(jì)算,在使用四邊形及六面體網(wǎng)格式,具有三階精度的QUICK格式可能產(chǎn)生比二階精度更好的結(jié)果。但是,一般情況下,用二階精度就已足夠,即使使用QUICK格式,結(jié)果也不一定好。乘方格式(Power-law Scheme)一般產(chǎn)生與一階精度格式相同精度的結(jié)果。中心差分格式一般只用于大渦模擬,而且要求網(wǎng)格很細(xì)的情況。

25、在UDF編譯中,compiled(編譯型)與interpreted(解釋型)的不同

(1)compiled采用與Fluent本身執(zhí)行命令相同的方式構(gòu)建的。釆用一個(gè)稱為Makefile的腳本來引導(dǎo)C編譯器構(gòu)造一個(gè)當(dāng)?shù)啬繕?biāo)編碼庫(目標(biāo)編碼庫包含有將高級(jí)C語言源代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言),這個(gè)共享庫在運(yùn)行時(shí)通過“動(dòng)態(tài)加載”過程載入到中。目標(biāo)庫特指那些使用的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),和運(yùn)行的特殊Fluent版本。因此,Fluent版本升級(jí),計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)改變以及在另一臺(tái)不同類型的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí),這個(gè)庫必須進(jìn)行重構(gòu)。

編譯型UDF通過用戶界面將原代碼進(jìn)行編譯,分為兩個(gè)過程。這兩個(gè)過程是:訪問編譯UDF面板,從源文件第一次構(gòu)建共享庫的目標(biāo)文件屮,然后加載共享庫到Fluent中。

(2)interpreted同樣也是通過圖形用戶界面解釋原代碼,卻只有單一過程。這一過程伴隨著運(yùn)行, 包含對(duì)解釋型UDF面板的訪問,這一面板位于源文件中的解釋函數(shù)。

在Fluent內(nèi)部,源代碼通過C編譯器被編譯為即時(shí)的、體系結(jié)構(gòu)獨(dú)立的機(jī)器語言。UDF調(diào)用時(shí),機(jī)器編碼通過內(nèi)部模擬器或者解釋器執(zhí)行。額外層次的代碼導(dǎo)致操作不利,但是允許解釋型UDF在不同計(jì)算結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)和Fluent版本上很容易實(shí)現(xiàn)共享。如果迭代速度成為焦點(diǎn)時(shí),解釋型UDF可以不用修改就用編譯編碼直接運(yùn)行。

解釋型UDF使用的解釋器不需要有標(biāo)準(zhǔn)的C編譯器的所有功能。特別是解釋型UDF不含有下列C程序語言部分:

goto語句聲明;
無ANSI-C語法原形;
沒有直接數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)引用;
局部結(jié)構(gòu)的聲明;
聯(lián)合函數(shù)指針;
函數(shù)陣列。

26、關(guān)于wall-shadow

當(dāng)定義了屬性不同的兩個(gè)計(jì)算域(例如A和B區(qū)域),兩個(gè)區(qū)域形成共同的交界面。其中A計(jì)算域的面取以前的名稱,而B計(jì)算域的面則取該名稱.shadow的名字。在邊界條件中將該表面定義為intreior,則可以將該兩區(qū)域結(jié)合成相連的計(jì)算域。

shadow面通常在兩種情況下出現(xiàn):

(1)當(dāng)一個(gè)wall兩面都是流體域時(shí),那么wall的一面被定義為wall.1,wall的另一面就會(huì)被軟件自動(dòng)定義為wall.1_shadow,它的特性和wall是一樣的,有關(guān)它的處理和wall面沒有什么區(qū)別;

(2)另外一種愔況就是在軟件中把周期性面的周期特性除去時(shí),也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)shadow面,這種情況比較好理解,shadow面和原來的面分別構(gòu)成周期性的兩個(gè)面。

shadow也出現(xiàn)在wall的一面是流體,而另一面是固體的情況。此時(shí)可以進(jìn)行流體-同體的耦合計(jì)算。

27、殘差

殘差一是cell各個(gè)Face的通量之和,當(dāng)收斂后,理論上當(dāng)單元體內(nèi)沒有源相時(shí)各個(gè)面流入的通量也就是對(duì)物理量的輸運(yùn)之和應(yīng)該為0。最大殘差或者RSM殘差反映流場(chǎng)與所要模擬流場(chǎng)(指收斂后應(yīng)該得到的流場(chǎng),當(dāng)然收斂后得到的流場(chǎng)與真實(shí)流場(chǎng)之間還是存在一定的差距)的差距,殘差越小越好,由于存在數(shù)位精度問題,不可能得到0殘差,對(duì)于單精度計(jì)算一般應(yīng)該低于初始?xì)埐?e-03以下為好,但還要看具體問題。

一般在Fluent里可以添加進(jìn)出口流量監(jiān)控,當(dāng)殘差收斂到一定程度后,還要看進(jìn)出口流量是否達(dá)到穩(wěn)定平衡,才可以確認(rèn)收斂與否。

殘差在較高位震蕩,需要檢查邊界條件是否合理,其次檢査初始條件是否合適,比如在有激波的流場(chǎng),初始條件不合適,會(huì)帶來流場(chǎng)的震蕩。有時(shí)流場(chǎng)可能有分離或者回流,這本身是非定常現(xiàn)象,計(jì)算時(shí)殘差會(huì)在一定程度上發(fā)生震蕩,這時(shí)如果進(jìn)出口流量是否達(dá)到穩(wěn)定平衡,也可以認(rèn)為流場(chǎng)收斂了〔前提是要消除其他不合理因數(shù))。另外Fluent缺損地釆用多重網(wǎng)格,在計(jì)算后期,將多重網(wǎng)格設(shè)置為零可以避免一些波長(zhǎng)的殘差在細(xì)網(wǎng)格上發(fā)生震蕩。

28、假擴(kuò)散(false diffusion)

假擴(kuò)散是由于對(duì)流—擴(kuò)散方程中一階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的離散格式的截?cái)嗾`差小于二階而引起較大數(shù)值計(jì)算誤差的現(xiàn)象。有的文獻(xiàn)中將人工粘性(artificial viscosity)或數(shù)值粘性〔numerical viscosity)視為它的同義詞。

現(xiàn)在通常把以下三種原因引起的數(shù)值計(jì)算誤差都?xì)w為假擴(kuò)散:

(1)非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)或?qū)α黜?xiàng)釆用一階截差的格式;

(2)流動(dòng)方向與網(wǎng)格線呈傾斜交叉(多維問題);

(3)建立差分格式時(shí)沒有考慮到非常數(shù)的源項(xiàng)的影響。

為克服或減輕數(shù)值計(jì)算中的假擴(kuò)散(包括流向擴(kuò)散及交叉擴(kuò)散)誤差,應(yīng)當(dāng):

(1)釆用截差階數(shù)較高的格式;

(2)減輕流線與網(wǎng)格線之間的傾斜交叉現(xiàn)象或在構(gòu)造格式時(shí)考慮到來流方向的影響。

(3)至于非常數(shù)源項(xiàng)的問題,目前文獻(xiàn)中,還沒有為克服這種影響而專門構(gòu)造的格式,但是高階格式顯然對(duì)減輕其影響是有利的。

29、湍流模型

Fluent里常用的湍流模型包括:

Spart-Alpla單方程模型
k-e雙方程模型
雷諾應(yīng)力模型
大渦模擬模型

單方程模型在這兒種模型的中的計(jì)算量最小,它是一種剛剛發(fā)展起來的湍流模型, 主要針對(duì)于航空流體機(jī)械的數(shù)值模擬,對(duì)于其他復(fù)雜流動(dòng)的計(jì)算還沒有經(jīng)過驗(yàn)證。雙方程湍流模型能夠比較準(zhǔn)確地模擬各種復(fù)雜流動(dòng),而且計(jì)算量也在工程可以接受的范圍內(nèi);標(biāo)準(zhǔn)k-e模型解決一般的流動(dòng)問題,RNG k-e模型主要成用于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的流動(dòng)問題(旋轉(zhuǎn)機(jī)械),Realizable k-e模型主要用于射流、大分離、回流等問題。雷諾應(yīng)力模型和大渦模擬模型主要用于湍流運(yùn)動(dòng)的機(jī)理研究中,由于計(jì)算量非常大,因此目前還很少用于有復(fù)雜幾何形狀的工程問題中,在計(jì)算氣動(dòng)噪聲時(shí),一般要選用大渦模擬模型。

30、常用流動(dòng)入口和出口邊界類型

(1)速度入口邊界條件:定義進(jìn)口邊界的速度和標(biāo)量性質(zhì)。

(2)壓力入口邊界條件:定義進(jìn)口邊界的總壓和其他的標(biāo)量值。

(3)質(zhì)量流動(dòng)入口邊界條件:用于在可壓縮流中表示進(jìn)口的質(zhì)量流量。在不可壓流中不需要,因?yàn)槊芏纫欢〞r(shí),速度邊界就確定了該值。

(4)壓力出口邊界條件用于表示流動(dòng)出口處的靜壓和其他標(biāo)量(當(dāng)存在回流時(shí)),此時(shí)用它代替流出物邊界條件能夠提高迭代的收斂性。

(5)壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件:用于模擬一個(gè)具有自由流線的可壓縮流動(dòng)在無窮遠(yuǎn)處的指定了馬赫數(shù)和靜力條件的情況。

(6)流出物邊界條件用于模擬流動(dòng)出口處的速度和壓力邊界條件都不知道時(shí)的情況。這種情況在出口處的流動(dòng)接近完全發(fā)展的流動(dòng)狀態(tài)是比較合適,該條件假設(shè)在出口的法向方向除了壓力外其他的流動(dòng)變量的梯度都是0。不適用于壓縮流的計(jì)算。

(7)進(jìn)口泄口的邊界條件用于模擬在進(jìn)口處有指定的流動(dòng)損失系數(shù),流動(dòng)方向,周圍總壓和溫度的有泄口的進(jìn)口條件。

(8)進(jìn)氣風(fēng)扇邊界條件:用于模擬一個(gè)外部的進(jìn)氣風(fēng)扇,有指定的壓力上升,流動(dòng)方向和周圍的總壓和溫度。

(9)出口泄口邊界條件:出口處的泄口邊界條件,但是要求指定靜壓和溫度。

(10)排氣風(fēng)扇邊界條件:出口處的風(fēng)扇邊界,要求指定靜壓。

31、Fluent_軟件專業(yè)英語詞匯表