FLUENT基本概念與常見問題匯總（三）

2017-01-11 by:CAE仿真在線來源:互聯網

23、單、雙精度解算器

Fluent的單雙精度求解器適合于所有的計算平臺,在大多數情況下,單精度求解器就能很好地滿足計算精度要求,且計算量小。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(如一個長而壁薄的管),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)對于有較高的熱傳導率的問題或對于有較大的長寬比的網格,用雙精度。

24、離散格式的選擇

控制方程的擴散項一般采用中心差分格式離散,而對流項則可釆用多種不同的格式進行離散。Fluent允許用戶為對流項選擇不同的離散格式(注意:粘性項總是自動地使用二階精度的離散格式)。默認情況下,當使用分離式求解器時,所有方程中的對流項均用一階迎風格式離散;當使用耦合式求解器時,流動方程使用二階精度格式,其他方程使用一階精度格式進行離散。此外,當選擇分離式求解器時,用戶還可為壓力選擇插值方式。

當流動與網格對齊時,如使用四邊形或六面體網格模擬層流流動,使用一階精度離散格式是可以接受的,但當流動斜穿網格線時,一階精度格式將產生明顯的離散誤差(數值擴散)。因此,對于2D三角形及3D四面體網格,注意使用二階精度格式,特別是對復雜流動更是如此。一般來講,在一階精度格式下容易收斂,但精度較差。有時,為了加快計算速度,可先在一階精度格式下計算,然后再轉到二階精度格式下計算。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。

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

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建的。釆用一個稱為Makefile的腳本來引導C編譯器構造一個當地目標編碼庫(目標編碼庫包含有將高級C語言源代碼轉換為機器語言),這個共享庫在運行時通過“動態(tài)加載”過程載入到中。目標庫特指那些使用的計算機體系結構,和運行的特殊Fluent版本。因此,Fluent版本升級,計算機操作系統(tǒng)改變以及在另一臺不同類型的計算機上運行時,這個庫必須進行重構。

編譯型UDF通過用戶界面將原代碼進行編譯,分為兩個過程。這兩個過程是:訪問編譯UDF面板,從源文件第一次構建共享庫的目標文件屮,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。這一過程伴隨著運行, 包含對解釋型UDF面板的訪問,這一面板位于源文件中的解釋函數。

在Fluent內部,源代碼通過C編譯器被編譯為即時的、體系結構獨立的機器語言。UDF調用時,機器編碼通過內部模擬器或者解釋器執(zhí)行。額外層次的代碼導致操作不利,但是允許解釋型UDF在不同計算結構,操作系統(tǒng)和Fluent版本上很容易實現共享。如果迭代速度成為焦點時,解釋型UDF可以不用修改就用編譯編碼直接運行。

解釋型UDF使用的解釋器不需要有標準的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;
沒有直接數據結構引用;
局部結構的聲明;
聯合函數指針;
函數陣列。

26、關于wall-shadow

當定義了屬性不同的兩個計算域(例如A和B區(qū)域),兩個區(qū)域形成共同的交界面。其中A計算域的面取以前的名稱,而B計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)域結合成相連的計算域。

shadow面通常在兩種情況下出現:

(1)當一個wall兩面都是流體域時,那么wall的一面被定義為wall.1,wall的另一面就會被軟件自動定義為wall.1_shadow,它的特性和wall是一樣的,有關它的處理和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,也會出現一個shadow面,這種情況比較好理解,shadow面和原來的面分別構成周期性的兩個面。

shadow也出現在wall的一面是流體,而另一面是固體的情況。此時可以進行流體-同體的耦合計算。

27、殘差

殘差一是cell各個Face的通量之和,當收斂后,理論上當單元體內沒有源相時各個面流入的通量也就是對物理量的輸運之和應該為0。最大殘差或者RSM殘差反映流場與所要模擬流場(指收斂后應該得到的流場,當然收斂后得到的流場與真實流場之間還是存在一定的差距)的差距,殘差越小越好,由于存在數位精度問題,不可能得到0殘差,對于單精度計算一般應該低于初始殘差1e-03以下為好,但還要看具體問題。

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

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,初始條件不合適,會帶來流場的震蕩。有時流場可能有分離或者回流,這本身是非定常現象,計算時殘差會在一定程度上發(fā)生震蕩,這時如果進出口流量是否達到穩(wěn)定平衡,也可以認為流場收斂了〔前提是要消除其他不合理因數)。另外Fluent缺損地釆用多重網格,在計算后期,將多重網格設置為零可以避免一些波長的殘差在細網格上發(fā)生震蕩。

28、假擴散(false diffusion)

假擴散是由于對流—擴散方程中一階導數項的離散格式的截斷誤差小于二階而引起較大數值計算誤差的現象。有的文獻中將人工粘性(artificial viscosity)或數值粘性〔numerical viscosity)視為它的同義詞。

現在通常把以下三種原因引起的數值計算誤差都歸為假擴散:

(1)非穩(wěn)態(tài)項或對流項釆用一階截差的格式;

(2)流動方向與網格線呈傾斜交叉(多維問題);

(3)建立差分格式時沒有考慮到非常數的源項的影響。

為克服或減輕數值計算中的假擴散(包括流向擴散及交叉擴散)誤差,應當:

(1)釆用截差階數較高的格式;

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

(3)至于非常數源項的問題,目前文獻中,還沒有為克服這種影響而專門構造的格式,但是高階格式顯然對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
雷諾應力模型
大渦模擬模型

單方程模型在這兒種模型的中的計算量最小,它是一種剛剛發(fā)展起來的湍流模型, 主要針對于航空流體機械的數值模擬,對于其他復雜流動的計算還沒有經過驗證。雙方程湍流模型能夠比較準確地模擬各種復雜流動,而且計算量也在工程可以接受的范圍內;標準k-e模型解決一般的流動問題,RNG k-e模型主要成用于旋轉坐標系下的流動問題(旋轉機械),Realizable k-e模型主要用于射流、大分離、回流等問題。雷諾應力模型和大渦模擬模型主要用于湍流運動的機理研究中,由于計算量非常大,因此目前還很少用于有復雜幾何形狀的工程問題中,在計算氣動噪聲時,一般要選用大渦模擬模型。

30、常用流動入口和出口邊界類型

(1)速度入口邊界條件:定義進口邊界的速度和標量性質。

(2)壓力入口邊界條件:定義進口邊界的總壓和其他的標量值。

(3)質量流動入口邊界條件:用于在可壓縮流中表示進口的質量流量。在不可壓流中不需要,因為密度一定時,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出口處的靜壓和其他標量(當存在回流時),此時用它代替流出物邊界條件能夠提高迭代的收斂性。

(5)壓力遠場邊界條件:用于模擬一個具有自由流線的可壓縮流動在無窮遠處的指定了馬赫數和靜力條件的情況。

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

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

(8)進氣風扇邊界條件:用于模擬一個外部的進氣風扇,有指定的壓力上升,流動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)排氣風扇邊界條件:出口處的風扇邊界,要求指定靜壓。

31、Fluent_軟件專業(yè)英語詞匯表