Fluent時間步長的關鍵處理辦法

2016-09-01 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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用FLUENT計算非穩(wěn)態(tài)問題,是不是在計算時必須保證在每個時間步timestep里都要收斂才行,否則計算結果就不對呢?也就是說,在iteration選項里,max iteration pertime step設為一個值,比如500,就是如果500次迭代后仍未收斂,進入下一步迭代,那對結果會有什么影響。

對于隱式非定常格式,原則上,每個時間步長內必須保證結果收斂。在fluent 的幫助中就有這樣的話:"對于不可壓流動,在每個時間步內,不可壓解必須迭代直至收斂。"另外,我們回歸到fluent內部計算的本源,它實質就是一種差分算法,通過不斷逼近來獲得真實解,這樣我們就不難理解為什么在每個時間步長內需要收斂了。max iteration pertime step 設定的是最大時間步,在單一步長內,如果結果已經收斂,則會自動跳至下一時間進行計算。所以其設定要縱觀全局。但對于周期性流動,這種收斂性的要求就相對松動一些。不過你需要多計算幾個周期,等計算結果達到對時間的周期狀態(tài)后,再對結果進行儲存。

對于顯式非定常格式,在Fluent幫助中這樣說:"一定記住,對于顯式非定常格式,每一個迭代就是一個時間步。"

如果每個時間步內結果沒有得到收斂,則很有可能你所得到的結果是不真實的,但是一個時間步內的不真實性應該不會影響到下一個時間步長內的計算。因為在每一個時間步開時,fluent 都會進行初始化。在單個時間步內,它實際是按照穩(wěn)態(tài)進行計算的。

time step size的設定是根據你的計算需要,一般是你的特征長度(比如說管道的長度)除于特征速度(比如平均速度)的值再小一到兩個量級即可,如果你的time stip size太大,計算會提示你的,改小即可。

number of time steps是這樣設定的:number of time steps X time step size=實際時間積累。比如說,你計算一個射流,你需要計算到1秒時候的情況,那么(number of time steps)=1秒/(time step size)。

Fluent中非穩(wěn)態(tài)時間步長設置

最近所做的非穩(wěn)態(tài)計算,若設置太小,計算時間就太長,設置太大的話就會出現Global Courant Number飆升過大的不能繼續(xù)進行下去的問題。

有網友建議:http://www.efluid.com.cn/dvbbs/dispbbs.asp?boardid=61&Id=3782

單元最小長度除于流場平均流速,不過這個值可能很小,你可以以這個值為基準進行調節(jié),一開始可以取大些,如果沒有問題,可以再放大些,這樣可以縮短計算時間。

若按這種方法,計算下面這個例子:2mm,10個網格,流速1m/s。時間步長time steps=0.2/1000=0.0002。但是我在進行計算時,設置為1e-6,都無法進行下去。所以這種換算方法還是只能作為參考。

我現在采用的是自動調節(jié)時間步長,目前看來效果還可以。

怎么知道非穩(wěn)態(tài)計算時間步長是合適的?

courant number與收斂

courant number實際上是指時間步長和空間步長的相對關系,系統(tǒng)自動減小courant數,這種情況一般出現在存在尖銳外形的計算域,當局部的流速過大或者壓差過大時出錯,把局部的網格加密再試一下。在fluent中,用courant number來調節(jié)計算的穩(wěn)定性與收斂性。一般來說,隨著courant number的從小到大的變化,收斂速度逐漸加快,但是穩(wěn)定性逐漸降低。所以具體的問題,在計算的過程中,最好是把courant number從小開始設置,看看迭代殘差的收斂情況,如果收斂速度較慢而且比較穩(wěn)定的話,可以適當的增加courant number的大小,根據自己具體的問題,找出一個比較合適的courant number,讓收斂速度能夠足夠的快,而且能夠保持它的穩(wěn)定性。

時間步長與準確性

摘自《數值計算與工程仿真》第一期作者gim

1 、在不計模型誤差,而且計算穩(wěn)定的前提下,數值計算的時間步長的選取存在一個恰當值,過大或過小都會影響模擬結果的準確性。

2 、具體數值模擬中,最好能有一定的實驗數據或其它的可以認為準確的結果作為驗證資料,這樣才能恰當的選定時間步長,提高計算的準確性。

3 、FLUENT 軟件采用隱式計算,這就需要設定每一次迭代的最大步數(Max Iterations per Time step ) ,如果達到最大步數前計算已經收斂,系統(tǒng)會自動進入下一步迭代。利用這一點可以采取如下方法確定迭代的時間步長:系統(tǒng)一般認為每一步的迭代次數應在10 一20 次之問,設定一個時間步長后如果在迭代次數內還沒有收斂就應該減小時間步長,反之則應該增加時間步長。一般,都事先給定一個較小的時問步長進行迭代兒步,而后逐步調整。當然迭代次數也跟具體問題相關,還需要計算經驗的不斷積累。

tags: fluent,非穩(wěn)態(tài),時間步長

fluent迭代計算中,非定常問題的時間步長如何選取

顯式時間積分方案:時間步長Δt<ρ(Δx)2 /2Γ;半隱式時間積分方案:時間步長Δt<ρ(Δx)2 /Γ;全隱式時間積分方案:時間步長沒有限制。Δx是網格相鄰節(jié)點的距離,Γ是擴散系數,不同問題有不同的物理意義

非穩(wěn)態(tài)時間步長與迭代步數的討論

在unsteady的計算求解中,大部分同學應該會對solver中設置比較迷惑,在這里,我想就我個人的理解對其時間步長與迭代步數進行一些分析討論。

1、在進行unsteady 計算的時候,fluent是從前一個時間算到下一個時間(即time steps),而每個時間步長內的計算就相當于一個準穩(wěn)態(tài)求解,因此需要設置Max Iterations per Time Step;在這個時間步長內的計算就是一個穩(wěn)態(tài)過程,在達到iteration次數之前收斂完成,就跳到下一個time step,否則就將所規(guī)定的迭代次數算完在跳下一個time step。

2、時間步長的設置:(1)特征長度除以特征速度所得的時間小二個量級或者更小。這是理論值,實際上,如果不是工作站運行的話,花費的計算時間太長。因此,通常在fluent中選定這個比例的1/5到1/10,特別是一開始不知道如何設定的時候最好是打開adaptive 讓它自動定義定義時間步長。但其中最小的時間尺度,個人認為最小也只能小到這個比例的1/100的這個水平上。(2)最小網格長度除以流速或者旋轉流動速度。這個是保證每一次迭代都在一個網格范圍內,不會因跨網格而導致結果誤差,但實際中計算一段時間后可能加快計算速度,會將時間步長設置較大,最后為得到最終求解,再將時間步長調小,進行細微的計算。