FLUENT求解器的设置

求解器的设置IntroductoryFLUENTTraining大纲•使用求解器–设置求解器参数–收敛•定义•监视•稳定性•加速收敛–准确度•网格独立性•网格自适应–非定常流动模型•非定常流动问题设置•非定常流动模型选项–摘要–附录大纲•使用求解器（大致求解过程）–设置求解器参数–收敛•定义•监视•稳定性•加速收敛–准确度•网格独立性•网格自适应–非定常流动模型•非定常流动问题设置•非定常流动模型选项–摘要–附录否设置求解参数初始化激活感兴趣的监视修正参数或网格计算检查收敛检查准确性停求解过程概览•求解参数–选择求解器–离散化方案•初始化•收敛–监视收敛–稳定性•设置低松弛•设置柯朗数–加速收敛•精确度–网格独立性–自适应是是否可用的求解器•在FLUENT中有两个可用的求解器–基于压力的求解器–基于密度的求解器•pressure-based求解器把动量和压力（或者压力修正）作为主要变量•压力－速度耦合算法则起源于从连续性方程出发推导一个压力方程•基于压力的求解器中两个运算法则可用–分离求解器－按顺序求解算压力修正和动量方程–压力耦合求解器－同时解算压力和动量方程SegregatedPBCSSolveTurbulenceEquation(s)SolveSpeciesSolveEnergyDBCSSolveOtherTransportEquationsasrequiredSolveMassContinuity;UpdateVelocitySolveU-MomentumSolveV-MomentumSolveW-MomentumSolveMass&MomentumSolveMass,Momentum,Energy,Species可用求解器•基于密度的耦合求解器－以矢量形式同时求解连续性方程，动量方程，能量方程，如果需要还可求解组分方程。压力由状态方程得到。其他的标量方程用分离求解器求解。•基于密度的求解器既能用于显式也能用于隐式求解方式–隐式－使用高斯/赛德尔对称块方法来解出变量–显式—使用龙格－库塔显式时间积分格式注意：基于压力的求解器只有隐式格式选择一个求解器•pressure-based求解器在从低速不可压流到高速可压流这样大范围的流动体系中都适用–需要较小内存–在求解过程中弹性较大•基于压力的耦合求解器对大多数的单相流动是适用的，而且它基于压力求解器效果好。对多相流，周期质量流和NITA型不适用。–比分离式求解器要多用1.5－2倍内存。•(DBCS)密度耦合解算器一般适用于有强烈耦合或者在密度，能量，动量或组分之间关联性较强的情况–举例：伴随燃烧，高超音速流，相互冲击的高速可压流•隐式解法通常更受喜欢，因为显式方式在时间步长上有严格限制•显式方式用在流动的特征时间比例与声学时间比例处于相同量级的情况下（比如高马赫数冲击波传播）离散化（插值方法）•场变量（存储于单元体中心）必须内插于控制体的面上•对流形式的内插方案–First-OrderUpwind一阶迎风－昀容易收敛，只有一阶精度–PowerLaw–幂率定理－当雷诺数小于5（低雷诺数）时比一阶精度更高–Second-OrderUpwind二阶迎风－对一阶精度来说使用更小的截断误差，适用三角/四面体网格或者当流动与网格不在一条直线上；收敛可能变慢–MonotoneUpstream-CenteredSchemesforConservationLaws(MUSCL)－当地3阶对流离散化格式，用于非结构化网格；在预测二次流，漩涡，力等等时更精确–QuadraticUpwindInterpolation(QUICK)–二次迎风插值法()VSVtNfffNfffffφφ+⋅φ∇Γ=⋅φρ+∂ρφ∂∑∑facesfacesAAV插值方法（梯度）•对于更高阶数的离散化方案，求解扩散通量和速度派生需要先解出变量的梯度。•单元体中心处结果变量的梯度可以用三种方法得到–Green-GaussCell-Based格林－高斯基于单元体－默认方法；解有伪扩散（求解域的拖尾现象）–Green-GaussNode-Based–格林－高斯基于节点－更精确；昀小化伪扩散；推荐用在三角网格上–Least-SquaresCell-Based–基于单元体的昀小二乘法－推荐用于多面体网格；与上一种有相同精度和属性•在面上的结果变量梯度用多维泰勒级数展开()VSVtNfffNfffffφφ+⋅φ∇Γ=⋅φρ+∂ρφ∂∑∑facesfacesAAV对面压力的插值方法•下面是FLUENT中可用的使用分离求解器的用来计算单元体面上压力的插值格式：–Standard标准－缺省格式；对大表面边界层附近的曲面法线压力梯度流动求解精度会降低（但是不能够用于流动中压力急剧变化的地方－应该用PRESTO!格式代替）–PRESTO!用于高回旋流，压力急剧变化流（多孔介质，涡扇模型，等等），或者剧烈弯曲的区域–Linear线性的－当其它选项导致收敛困难或者出现非物理现象时使用–Second-Order二阶－用于可压流；不能用于多孔介质，跳跃，风扇，等等。或者VOF/混合多相流。–BodyForceWeighted体积力－当体积力很大时，比如高雷诺数自然对流或者高回旋流。压力－速度耦合•当使用基于压力的求解器时，压力－速度耦合是指在离散连续性方程时，利用连续性方程和动量方程联合推导出一个压力方程（或者压力修正）的数值运算法则•在FLUENT中有下面四种耦合方法–Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquations(SIMPLE)半隐式连接压力方程方法•缺省格式–SIMPLE-Consistent(SIMPLEC)•允许对简单问题快速收敛（比如，没有物理上可用模型的层流）–Pressure-ImplicitwithSplittingofOperators(PISO)•对非定常流动问题或者包含比平均网格倾斜度更高的网格适用–FractionalStepMethod(FSM)对非定常流的分步方法•用于NITA格式；与PISO特征相同初始化•迭代计算之前需要给所有变量初始化–和实际情况近似的假设可改善解的稳定性和加速收敛–对有些问题，一个好的初始假设是必需的。•举例：高温区域引起化学反应•修补值用于特定区域的独立变量–自由射流（高速射流）–燃烧问题（高温区域来初始化反应）–单元寄存器（在自适应面板上给单元体作记号）能够用于补缀不同领域的不同地方SolveInitializeInitialize…SolveInitializePatch…全部多重网格初始化•全部多重网格初始化能够用来创建一个更好的流场初始化–TUIcommand:TUI命令：/solve/init/fmg-initialization•在计算上又省又快。在粗网格上用一阶精度的欧拉方程计算•在基于压力和密度的求解器中都能使用，但是只能用于定常状态。•在把解转到实际网格上之前，FMG使用完全近似存储（FAS）多重网格方法用在一系列粗网格上来解决流动问题。–设置能够用TUI命令存取/solve/init/set-fmg-initialization•FMG初始化方法对很多复杂问题。包括在一个大的计算域上存在很大压力和速度梯度的复杂流动问题都比较有用（比如：旋转喷灌器，扩展螺旋管）•CaseCheck是FLUENT中的一种非常有用的功能，用于寻找常规的设置错误和在选择case参数和模型时提供指导–使用法则和昀优方法•Case检查主要依次检查以下内容–网格–模型选择–边界条件–材料属性–求解器设置•列表选项部分包含推荐•自动建议功能将自动改变错误设置•手动推荐：手动改变SolveCaseCheck…大纲•使用求解器（大致求解过程）–设置求解器参数–收敛•定义•监视•稳定性•加速收敛–准确度•网格独立性•网格自适应–非定常流动模型•非定常流动问题设置•非定常流动模型选项–摘要–附录收敛•收敛必须满足下面条件：–所有离散化的守恒方程（动量，能量，等等）在所有单元体中都达到设定的残差或者解算在之后的迭代中不再改变–全部的质量，动量，能量，和标量平衡都要达到•使用残差记录来监视收敛–一般来说，残差减少了三个数量级就意味着定性的收敛。在这个时候，主要的流动特征就应该已经呈现出来了。–能量残差大小必须减少到10-6（对基于压力的求解器而言）–组分残差大小需要减少到10-5以达到介质平衡。•监视定量收敛：–监视其它相关关键变量/物理量来确认–确保全部质量/热量/物质守恒得到满足收敛监视：残差•残差图显示直到残差值达到了指定的容差范围Allequationsconverged.10-310-6SolveMonitorsResidual…收敛监视：力/面•除了残差之外，你还能够监视：–升力，阻力或力矩–相关变量或函数（比如，面积分）在边界上或者定义的面上SolveMonitorsForce…SolveMonitorsSurface…校核通量守恒•除了监视残差和变量历史之外，