立即咨询有惊喜哦 !

logo
logo
简介
简介
联系方式
正脉科工有限元分析联系电话010-81387990
邮箱xyq@vipstq.com
 
 

一些需要了解的关于CFD的常识

作者:管理员    发布于:2019-11-26 05:41:12    文字:【】【】【

关于网格:

1.   网格是 CFD 的几何表达形式,也是模拟和分析的载体。

2.   网格质量对 CFD 计算的精度和效率影响很大。

3.   单连域:求解区域边界线内不包含有非求解区域。多连域:求解区域含有非求解区域。

4.   绕流问题的网格一般为 O 型和 C 型网格。

考虑使用结构还是非结构网格的时候,主要考虑以下几个因素:

1.   主要考虑网格的多少,这才是真正影响计算消耗最大的因素。主要从以下的观点进行考虑。

当几何外形太复杂或者流动的长度尺度太大时,三角形网格和四面体网格所生成的单元会比等量的包含四边形网格和六面体网格的单元少得多。这是因为三角形网格和四面体网格允许单元聚集在流域的所选区域,而四边形网格和六面体网格会在不需要加密的地方产生单元。非结构的四边形网格和六面体网格为对于一般复杂外形提供了许多三角形和四面体网格的优点。(复杂外形建议用非结构网格)

 2.  网格的比率。

四边形和六边形单元的一个特点就是它们在某些情况下可以允许比三角形 / 四面体单元更大的比率。三角形 / 四面体单元的大比率总会影响单元的歪斜。因此,如果你有相对简单的几何外形,而且流动和几何外形很符合,比如长管,你就可以使用大比率的四边形和六边形单元。这种网格可能会比三角形 / 四面体网格少很多单元。(流动和外形比较符合且外形简单时,建议使用结构网格)

关于数值耗散问题,有如下几点: 

●   当真实耗散很小时,即对流占主导地位时,数值耗散是显而易见的。

●   所有的解决流体问题的数值格式都会有数值耗散,这是因为数值耗散来源于截断误差,截断误差是描述流体流动的离散方程导致的。

●   FLUENT 中所用的二阶离散格式可以帮助减少解的数值耗散的影响。

●   数值耗散量的大小与网格的分辨率成反比。因此解决数值耗散问题的一个方法就是精化网格。

●   当流动和网格成一条直线时数值耗散最小(所以我们才要使用结构网格来计算啊)

最后一点和网格选择最有关系。很明显,使用三角形 / 四面体网格流动永远不会和网格成一条直线,而如果几何外形不是很复杂时,四边形网格和六面体网格可能就会实现流动和网格成一条线。只有在简单的流动,如长管流动中,你才可以使用四边形和六面体网格来减少数值耗散,而且在这种情况下使用四边形和流面体网格有很多优点,因为与三角形 / 四面体网格相比你可以用更少的单元得到更好的解。

关于网格质量:

网格质量对计算精度和稳定性有很大的影响。网格质量包括:节点分布,光滑性,以及歪斜的角度( skewness )。

1.   节点分布。

1 ) . 边界层内网格分布。

  网格接近壁面需要满足:

其中

=   从临近单元中心到壁面的距离; =   自由流速度   ;  =   流体的动力学粘性系数;  =   从边界层起始点开始沿壁面的距离。上面的方程基于零攻角层流流动的 Blasius 解 [139] 。

2 ) . 湍流的分辨依赖于网格的数目。大梯度区域如剪切层或者混合区域,网格必须被精细化以保证相邻单元的变量变化足够小。

2.   光滑性:临近单元体积的快速变化会导致大的截断误差。截断误差是指控制方程偏导数和离散估计之间的差值。

3.   单元的形状。单元的歪斜可以定义为该单元和具有同等体积的等边单元外形之间的差别。单元的歪斜太大会降低解的精度和稳定性。一般说来应该尽量避免比率大于 5:1 。但是在流动开始的区域可以忍受较大歪斜的网格,因为在这段区域里基本上没有什么我们需要的流动特征。

关于单位制:

最好完全使用国际单位制。而网格在默认的情况下导入到 Fluent 时被默认为长度单位为 m 。

●   关于时间项的模拟:当解决区域流动的不稳定问题时(如:转捩等),起用时间项是很有好处的,基本上都可以得到定常解。全隐格式的优点是它关于时间步在任何条件下都稳定。最好在前 5-10 个时间步中选择较小的 D t ,然后在计算过程中逐渐增加 D t 。时间周期及时间步的确定需要根据具体的工程问题来观察、求解。时间步的大小:时间步的大小就是 D t 的大小。因为 FLUENT 用全隐格式,所以不存在用来确定 D t 的稳定性判据。但是为了正确模拟瞬时现象,有必要将 D t 设定比所模拟的系统最小时间常数小一个量级。判断 D t 选择的一个好方法就是观察每一个时间步中达到收敛 FLUENT 所需要的迭代次数。每一个时间步的理想迭代次数是 10—20 。如果 FLUENT 需要更多迭代次数才会收敛就说明时间步太大了。如果 FLUENT 在每个时间步中只需要很少的迭代次数,就可以增加 D t 。时间相关问题最常见的就是突然启动然后很快衰退。因此最好在前 5-10 个时间步中选择较小的 D t ,然后在计算过程中逐渐增加 D t 。

关于选择求解器及运行环境:

1.   Fluent 提供了分离式和耦合式两类求解器,而耦合式求解器又分为隐式和显式求解器两种。

2.   分离式求解器是顺序地、逐一地求解各个方程。

3.   耦合式求解器是同时求解连续方程、动量方程、能量方程及组分运输方程的耦合方程组。

4.   耦合式求解器和分离式求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围内的流动,但是总的来讲,当计算高速可压流动时,耦合式求解器比分离式求解器更有优势。

5.   耦合隐式需要的内存很大,但是收敛的较快,耦合显式次之,分离式最少。

粘性模型:

Fluent 提供了七种粘性模型:无粘、层流、 Spalart-Allmaras 单方程、 k-e 双方程、 k-w 双方程、 Reynolds 应力方程和大涡模拟模型。其中,大涡模拟只对三维问题有效。

Spalart-Allmaras 单方程( 1equ ):较简单的湍流模型。

k-e 双方程( 2equ ):

k-w 双方程( 2equ ):是在考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流特性的基础上修改而成。成功应用于尾迹流、混合层流、平板流动、圆柱绕流和放射状喷射。SST K-W 模型比标准 K-W 更有效。

Reynolds 应力方程:是 fluent 中制作最精细化的模型,放弃了各向同性的假设,直接求解 Reynolds 应力方程,对于复杂流动总体上具有更高的预测精度。但是由于其引入了附加模型,使得这种预测的真实性受到挑战。

以上几种方法占用计算机资源是递增的。

大涡模拟模型:只对三维问题有效。

关于使用 Fluent 时需要注意设置的一些参数:

1.   选择离散格式:默认情况下,当使用分离式求解器时,所有方程中的对流项均用一阶迎风格式离散;使用耦合式求解器的时候,流动方程使用二阶精度格式、其他方程使用一阶精度格式进行离散。当有流动斜穿过网格时,一阶精度格式将产生明显的离散误差(数值扩散),因此对于非结构网格或者复杂流动的情况,应该使用二阶精度模型。

2.   设置欠松弛因子:欠松弛因子是分离式求解器所使用的一个加速收敛的参数,用于控制每个迭代步内计算的场变量的更新。除耦合方程之外的所有方程,包括耦合隐式方程中的非耦合方程(湍流方程),均有与之相关的松弛因子。

3.   设置求解器限制项:Fluent 在极端情况下会出现解的不稳定性,为了保证流场变量在指定的范围之内,视问题的需要进行设置。

关于对称计算问题:

对称的问题一般用在流场稳态解 .. 需满足 1. 几何图形对秤 ..2. 边界条件对秤 ..

也就是物理条件对秤 ..3.structral 网格 .. 所以对秤轴的 Flux 和 properties gradient 必须为 0...

划分网格的问题:

1. 划分体网格时,为了得到高质量的网格,把体分成了几部分,分别划分网格,

是不是导入 fluent 时要用 tmerge 合并成一个体网格呀? 

答:不用。 

在同一 GAMBIT 文件中对不同的体划分网格时,最后输出的网格文件包含了所有的网格。 

注意:若用 split 剖分体时,要选择“ connected ”选项,否则 FLUENT 会将交界面默认为壁面( wall )。

面网格划分也是类似的。

2. 分块划分网格,定义边界时,交接面还用定义嘛,如果不定义是不是默认为墙呀,要想使其为内部界面,定义为 interface 吗?

答:split 出来的区域 , 如果你不定义边界 ,gambit 会默认为 interior.

 
 
联系我们
 
 
 
图片
图片
多行文字
电话:010-81387990
手机:18301320667
联系人:李老师
网址:www.101315.com
邮箱:bjxu@vip.163.com
地址:北京市房山区良乡绿地启航国际商务办公区14号楼西楼5层
脚注信息
北京正脉科工科技有限公司  电话:010-81387990                            关注微信了解更多信息
版权所有 Copyright(C)2009-2013 京ICP备14038777号-1                                                                    
图片
图片