FLUENT基本CFD少量概念問(wèn)題

如何監(jiān)視FLUENT的計(jì)算結(jié)果？如何判斷計(jì)算是否收斂？在FLUENT中收斂準(zhǔn)則是如何定義的？分析計(jì)算收斂性的各控制參數(shù)，并說(shuō)明如何選擇和設(shè)置這些參數(shù)？解決不收斂問(wèn)題通常的幾個(gè)解決方法是什么？怎樣判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂？可以采用殘差控制面板來(lái)顯示；或者采用通過(guò)某面的流量控制；如監(jiān)控出口上流量的變化；采用某點(diǎn)或者面上受力的監(jiān)視；渦街中計(jì)算達(dá)到收斂時(shí)，繞流體的面上受的升力為周期交變，而阻力為平緩的直線。1）觀察點(diǎn)處值不再隨計(jì)算步驟的增加而變化；2）各個(gè)參數(shù)殘差隨計(jì)算步數(shù)的增加而降低，最后趨于平緩；3）要滿足質(zhì)量守恒（計(jì)算中不牽涉到能量）或者是質(zhì)量與能量守恒（計(jì)算中牽涉到能量）。特別要指出的是，即使前兩個(gè)判據(jù)都已經(jīng)滿足了，也并不表示已經(jīng)得到合理的收斂解，因?yàn)椋绻沙谝蜃釉O(shè)置得太緊，各參數(shù)在每步計(jì)算的變化都不是太大，也會(huì)使前兩個(gè)判據(jù)得到滿足，此時(shí)就要看第三個(gè)判據(jù)。還需要說(shuō)明的是，一般我們希望在收斂情況下，殘差越小越好，但是殘差曲線是全場(chǎng)求平均的結(jié)果，有時(shí)其大小并不一定代表計(jì)算結(jié)果的好壞，有時(shí)即使計(jì)算殘差很大，但結(jié)果是好的，關(guān)鍵要看計(jì)算結(jié)果是否符合物理事實(shí)，即殘差的大小與模擬的物理現(xiàn)象本身的復(fù)雜性有關(guān)，必須從實(shí)際物理現(xiàn)象上看計(jì)算結(jié)果。比如一個(gè)全機(jī)模型，在大攻角情況下，解震蕩得非常厲害，而且殘差的量級(jí)也總下不去，但這仍然是正確的，因?yàn)榇蠊ソ窍聦?shí)際流動(dòng)情形不斷有渦的周期性脫落,流場(chǎng)本身是非定常的，所以解也是波動(dòng)的，處理的時(shí)候取平均。什么叫松弛因子？松弛因子對(duì)計(jì)算結(jié)果有什么影響？對(duì)計(jì)算的收斂情況又有什么樣的影響？1）亞松馳（UnderRelaxation）：所謂亞松馳就是將本層次計(jì)算結(jié)果與上一層次結(jié)果的差值作適當(dāng)縮減，以避免由于差值過(guò)大而引起非線性迭代過(guò)程的發(fā)散。用通用變量來(lái)寫(xiě)出時(shí)，為松馳因子（RelaxationFactors）2）FLUENT中的亞松馳：由于FLUENT所解方程組的非線性，我們有必要控制變化。用亞松馳方法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，該方法在每一步迭代中減少了變化量。亞松馳最簡(jiǎn)單的形式：新的迭代步的值等于上一步的值和亞松馳因子a與兩者之間變化量積的和，即兩個(gè)迭代步治之間的真正的變量是亞松弛因子與兩個(gè)迭代步數(shù)值之間差值的乘積。分離求解器使用亞松馳控制每一步迭代中計(jì)算變量的更新。這意味著使用分離求解器的方程，包括耦合解算器所計(jì)算的非耦合方程（湍流和其他標(biāo)量）都有一個(gè)相關(guān)的亞松馳因子。在FLUENT中，所有變量默認(rèn)的亞松馳因子是對(duì)大多數(shù)問(wèn)題的最優(yōu)值。這個(gè)值適合于很多問(wèn)題，但對(duì)于一些特殊的非線性問(wèn)題（如：某些湍流或者高Rayleigh數(shù)自然對(duì)流問(wèn)題），在計(jì)算開(kāi)始時(shí)要慎重減小亞松馳因子。使用默認(rèn)的亞松馳因子開(kāi)始計(jì)算是很好的習(xí)慣。如果經(jīng)過(guò)4到5步的迭代殘差仍然增長(zhǎng)，就需要減小亞松馳因子。在亞松馳因子過(guò)大時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)殘差開(kāi)始增加，可改變亞松馳因子重新計(jì)算。最為安全的方法是對(duì)亞松馳因子做任何修改之前先保存數(shù)據(jù)文件，并對(duì)解的算法做幾步迭代以調(diào)節(jié)到新的參數(shù)。最典型情況，亞松馳因子的增加會(huì)使殘差有少量的增加，但是隨著解的進(jìn)行殘差的增加又消失了。如果殘差變化有幾個(gè)量級(jí)就需要考慮停止計(jì)算并回到最初保存的較好的數(shù)據(jù)文件。注意：粘性和密度的亞松馳在每一次迭代之間，且如果直接計(jì)算焓方程而不是溫度方程（即：對(duì)PDF計(jì)算）基于焓的溫度更新是要進(jìn)行亞松馳的。要查看默認(rèn)的亞松弛因子的值，可以在解控制面板點(diǎn)擊默認(rèn)按鈕。對(duì)于大多數(shù)流動(dòng)，不需要修改默認(rèn)亞松弛因子。但是，如果出現(xiàn)不穩(wěn)定或者發(fā)散就需要減小默認(rèn)的亞松弛因子，其中壓力、動(dòng)量、k和e的亞松弛因子默認(rèn)值分別為0.2,0.5，0.5和0.5。對(duì)于SIMPLEC格式一般不需要減小壓力的亞松弛因子。在密度和溫度強(qiáng)烈耦合的問(wèn)題中，如相當(dāng)高的Rayleigh數(shù)的自然或混合對(duì)流流動(dòng)，應(yīng)該對(duì)溫度和/或密度（所用亞松弛因子小于1.0）進(jìn)行亞松弛。相反，當(dāng)溫度和動(dòng)量方程沒(méi)有耦合或者耦合較弱時(shí)，流動(dòng)密度是常數(shù)，溫度的亞松弛因子可以設(shè)為1.0。對(duì)于其它的標(biāo)量方程，如漩渦，組分,PDF變量，對(duì)于某些問(wèn)題默認(rèn)的亞松弛可能過(guò)大，尤其是對(duì)于初始計(jì)算?？梢詫⑺沙谝蜃釉O(shè)為0.8以使得收斂更容易。在分離求解器中，F(xiàn)LUENT提供了壓力速度耦和的三種方法：SIMPLE，SIMPLEC及PISO,它們的應(yīng)用有什么不同在FLUENT中，有標(biāo)準(zhǔn)SIMPLE算法和SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法。默認(rèn)SIMPLE算法。但是對(duì)于許多問(wèn)題如果使用SIMPLEC可能會(huì)得到更好的結(jié)果，尤其是可以應(yīng)用增加的亞松馳迭代時(shí)，具體介紹如下:對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題（如：沒(méi)有附加模型激活的層流流動(dòng)），其收斂性已經(jīng)被壓力速度耦合所限制，通常用SIMPLEC算法很快得到收斂解。在SIMPLEC中，壓力校正亞松馳因子通常設(shè)為1.0，它有助于收斂。但是，有些問(wèn)題中，將壓力校正松弛因子增加到1.0可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定。對(duì)于所有的過(guò)渡流動(dòng)計(jì)算，強(qiáng)烈推薦使用PISO算法鄰近校正。它允許你使用大的時(shí)間步，而且對(duì)于動(dòng)量和壓力都可以使用亞松馳因子1.0。對(duì)定常狀態(tài)問(wèn)題，PISO的鄰近校正比具有較好亞松馳因子的SIMPLE或SIMPLEC算法差。對(duì)具有較大扭曲網(wǎng)格的定常狀態(tài)和過(guò)渡計(jì)算推薦使用PISO傾斜校正。當(dāng)使用PISO鄰近校正時(shí),所有的方程推薦使用亞松馳因子為1.0或接近1.0。如果只對(duì)高度扭曲網(wǎng)格使用PISO傾斜校正，設(shè)定動(dòng)量和壓力的亞松馳因子之和為1.0（如：壓力亞松馳因子0.3,動(dòng)量亞松馳因子0.7）。如同時(shí)使用PISO兩種校正方法，推薦參閱PISO鄰近校正中所用的方法4?在FLUENT定義速度入口時(shí)，速度入口的適用范圍是什么？速度入口的邊界條件適用于不可壓流動(dòng),需要給定進(jìn)口速度以及需要計(jì)算的所有標(biāo)量值。速度入口邊界條件不適合可壓縮流動(dòng),否則入口邊界條件會(huì)使入口處的總溫或總壓有一定的波動(dòng)。如何選擇單、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(guò)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(wèn)題或?qū)τ谟休^大的長(zhǎng)寬比的網(wǎng)格,用雙精度。對(duì)于不同求解器,離散格式的選擇應(yīng)注意哪些細(xì)節(jié)？實(shí)際計(jì)算中一階迎風(fēng)差分與二階迎風(fēng)差分有什么異同？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)則可采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，特別對(duì)復(fù)雜流動(dòng)更是如此。一般講，一階精度格式容易收斂，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，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，使用QUICK格式，結(jié)果也不一定好。乘方格式(Power-lawScheme)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。Fluent中的interfaceFluent中，Interface為“交接面”，主要用途有三個(gè)：多重坐標(biāo)系模型中靜態(tài)區(qū)域與運(yùn)動(dòng)區(qū)域之間的交接面的定義；滑移網(wǎng)格交接處的交接面定義，例如：兩車交會(huì)，轉(zhuǎn)子與定子葉柵模型，等等。非一致網(wǎng)格交接處，例如：上下網(wǎng)格網(wǎng)格間距不同等。在Fluent中，interface的交接重合處默認(rèn)為interior，非重合處默認(rèn)為wall。Interior意思為“內(nèi)部的”，在Fluent中指計(jì)算區(qū)域。Internal意思為“內(nèi)部的”，比如說(shuō)內(nèi)能，內(nèi)部放射率等，具體應(yīng)用不太清楚。分離式求解器和耦合式求解器的適用場(chǎng)合是什么？分析兩種求解器在計(jì)算效率與精度方面的區(qū)別Fluent默認(rèn)使用分離式求解器，但是，對(duì)于高速可壓流動(dòng)，由強(qiáng)體積力(如浮力或者旋轉(zhuǎn)力)導(dǎo)致的強(qiáng)耦合流動(dòng)，或者在非常精細(xì)的網(wǎng)格上求解的流動(dòng)，需要考慮耦合式求解器。耦合式求解器耦合了流動(dòng)和能量方程，常常很快便可以收斂。耦合式求解器所需要的內(nèi)存約是分離式求解器的1.5到2倍，選擇時(shí)可以根據(jù)這一情況來(lái)權(quán)衡利弊。在需要耦合隱式的時(shí)候，如果計(jì)算機(jī)內(nèi)存不夠，就可以采用分離式或耦合顯式。耦合顯式雖然也耦合了流動(dòng)和能量方程，但是它還是比耦合隱式需要的內(nèi)存少，當(dāng)然它的收斂性也相應(yīng)差一些。需要注意的是，在分離式求解器中提供的幾個(gè)物理模型，在耦合式求解器中是沒(méi)有的。這些物理模型包括：流體體積模型(VOF)，多項(xiàng)混合模型，歐拉混合模型，PDF燃燒模型，預(yù)混合燃燒模型，部分預(yù)混合燃燒模型，煙灰和NOx模型，Rosseland輻射模型，熔化和凝固等相變模型，指定質(zhì)量流量的周期流動(dòng)模型，周期性熱傳導(dǎo)模型和殼傳導(dǎo)模型等。而下列物理模型只在耦合式求解器中有效，在分離式求解器中無(wú)效：理想氣體模型，用戶定義的理想氣體模型，NIST理想氣體模型，非反射邊界條件和用于層流火焰的化學(xué)模型。9?在FLUENT計(jì)算時(shí)，有時(shí)候計(jì)算時(shí)間會(huì)特別長(zhǎng)，為了避免斷電或其它情況影響計(jì)算，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)保存功能，如何設(shè)置自動(dòng)保存功能？Writing"F:\propane\16\160575.cas"...Error:sopenoutputfile&:unabletoopenfileforoutputErrorObject:"