题记:FLUENT-manual 中解算方法的一些说明,摘录翻译了其中比较重要的细节,希望对初学FLUENT的朋友在选择设置上提供一些帮助,不致走过多的弯路。
离散
1、 QUICK格式仅仅应用在结构化网格上,具有比second-order upwind 更高的精度,当然,FLUENT也允许在非结构网格或者混合网格模型中使用QUICK格式,在这种情况下,非结构网格单元仍然使用second-order upwind 格式计算。
2 、MUSCL格式可以应用在任何网格和复杂的3维流计算,相比second-order upwind,third-order MUSCL 可以通过减少数值耗散而提高空间精度,并且对所有的传输方程都适用。third-order MUSCL 目前在FLUENT中没有流态限制,可以计算诸如冲击波类的非连续流场。
3、有界中心差分格式bounded central differencing 是LES默认的对流格式,当选择 LES后,所有传输方程自动转换为bounded central differencing 。
4 、low diffusion discretization 只能用在亚音速流计算,并且只适用于implicit-time,对高Mach流,或者在explicit time公式下运行LES ,必须使用 second-order upwind 。
5、改进的HRIC格式相比QUICK 与second order 为VOF计算提供了更高的精度,相比Geo-Reconstruct格式减少更多的计算花费。
6 、explicit time stepping 的计算要求苛刻,主要用在捕捉波的瞬态行为,相比implicit time stepping 精度更高,花费更少。但是下列情况不能使用explicit time stepping:
(1)分离计算或者耦合隐式计算。explicit time stepping只能用于耦合显式计算。
(2)不可压缩流计算。Explicit time stepping 不能用于计算时间精度不可压缩流(如除了理想气体的气体定律)。不可压缩流计算必须在每个时间步迭代至收敛。
(3)收敛加速。FAS multigrid 与residual smoothing 在explicit time stepping 条件下破坏时间精度。
7 、node-based 平均格式比默认的cell-based格式在非结构网格特别是三角形和四面体网格的计算上更精确。
分离解算器
1、当standard pressure 插值格式无效的时候,可以考虑:
(1)linear格式,相邻单元的压力平均作为计算面压力。
(2)second-order 格式,通过2阶精度对流项重构面压力改进standard 与 linear 格式,但是如果网格质量很差的话,计算会有问题。并且,second-order 不适合于多孔介质引起的非连续压力梯度流以及VOF 与 mixture 多相流计算。
(3)body-force-weighted 通过假设压力和体积力之间差异的标准梯度是常数来计算面压力。如果体积力在动量方程中优先知道的话,如浮力,轴对称旋转流计算,可以获得较好的效果。
2、当模型中包含多孔介质,body-force-weighted 格式只计算无孔面,并且考虑外体积力(gravity, swirl, Coriolis)以及由于密度的迅速改变而导致的压力梯度(natural convection, VOF)的非连续性。所有内部和外部的多孔面按照特定的格式处理,保证法向速度通过单元面的连续性而不管阻力是否连续。
3、PRESTO! 适用于所有类型的网格,但是对三角形和四面体网格,并不能提供比其他算法更高的精度。
4、second-order upwind 与QUICK格式不适用于可压缩多相流中密度的定义。first-order upwind 用于可压缩相的计算,算术平均法用于不可压缩相的计算。由于计算稳定性的原因,推荐在计算可压缩流时,先使用first-order 格式,然后转向高精度格式。
5、PISO算法的目的是减少SIMPLE与SIMPLEC在求解压力修正方程过程中的反复计算 ,在每次迭代中需要占用更多的CPU时间,但是可以显著地的减少收敛所需要的迭代步数,特别是针对瞬时问题。
选择解算模式
选择解算模式
1、segregated solver常规上用做不可压缩流和轻微可压缩流计算,coupled solver最初用做高速可压流的计算。当前这两种解算方式都适用于大范围的流体计算(从不可压到高度可压),但是coupled solver在高速可压流计算中具备一定的优势。
2、默认条件下,FLUENT 使用segregated solver,但是高速可压流,具有强烈体积力(浮力,旋转力)的耦合流以及非常精细网格的流动,可以选择coupled implicit solver ,计算中运动方程与能量方程耦合,收敛速度更快但是比segregated solver消耗更多的内存。如果电脑内存不足,可以使用segregated solver 或者coupled explicit solver,但是coupled explicit solver需要更长的时间达到收敛。
3、下列segregated solver物理模型不适用于coupled solvers:
(1)空化模型,VOF模型,混合多相流模型,Eulerian多相流模型
(2)多孔介质
(3)非预混燃烧模型,预混燃烧模型,不完全预混燃烧模型
(4)PDF传输模型
(5)Soot与NOx 模型
(11)辐射模型
(12)熔化/凝固模型
(13)壳传导模型
(14)操作压力变化
(15)周期性流动
4、下列不能使用segregated solver,必须使用coupled solvers:
(1)真实气体模型(非理想气体)
(2)自定义的真实气体模型
(3)非反射边界条件
(4) laminar flames
离散格式
first-order格式具有较好的收敛性但是精度低,多数情况下计算开始应使用second-order。某些情况下可以先使用 first-order然后转为second-order。如果second-order收敛困难,用first-order。在模型简单的结构网格计算上,first-order解算精度与second-order区别不大。
QUICK在结构网格条件下计算旋转流场与涡流比second-order提供更高的精度,通常情况下,second-order是足够有效的,使用QUICK不会提高精度。power law 也可能用到,但是只有first-order精度。
中心差分仅仅用在湍流模型,并且网格必须足够精细而且局部Peclet数要小于1。
压力插值格式选择
1、如果问题包含大的体积力,推荐使用body-force-weighted 。
2、高涡流数,高 Rayleigh数自然对流,高速旋流,多孔介质以及强烈的曲体流,推荐PRESTO 。
3、可压缩流推荐second-order。
4、当其他格式无效时使用second-order 提高精度。
5、second-order 不能用在多孔介质以及多相流计算。
密度插值格式选择
多相可压缩流只能使用first-order。
计算产生冲击波的可压缩流,强烈推荐在四边形、六面体或者混合网格条件下所有变量包括密度都使用QUICK。
压力速度耦合方式选择
SIMPLEC相比SIMPLE通常收敛更快,并且可以使用较大的松弛因子。但是比较复杂的湍流或者附加物理方程的计算,SIMPLEC与SIMPLE基本没有区别。
强烈推荐在网格扭曲变形较大的情况下使用PISO。
SIMPLEC与SIMPLE在稳态计算中比PISO有效,PISO在非稳态计算中更好。
网格
除low-Reynolds-number turbulence 与LES模型外,湍流计算模式中需要使用wall functions,边界层使用粗网格,贴近壁面的网格不能过分精细,保证:30
请教个问题:你说:"湍流计算模式中,边界层要使用粗网格,贴近避面的网格不能过分精细"
那在划分贴近避面的网格的时候,具体讲应该怎样把握这个度呢?
您好,他这个说法是针对不同的湍流模型而言的。比如,在使用高雷诺数湍流模型(比如标准的k-e模型,RNG k-e模型等)+ 壁面函数时,贴近壁面的网格就不能划分地过于精细也不能过于粗糙,因为有相应的y+要求,要求第一层网格位于对数区;而在使用一些低雷诺数模型+近壁细密网格时,不使用壁面函数确定近壁流动物理量,全场均使用流动方程加湍流模型求解,因此要准确模拟近壁流动,必须要求第一层网格位于粘性底层内,也有相应的y+要求;
至于在划分近壁网格,具体的尺度,你可以使用NASA的粘性网格间距估算器来计算,在给定的Re数,参考长度和y+要求,就能给你估算出相应的第一层网格高度;虽然有不少资料上都写有关于y+的估算公式,可以推导得到第一层高度yp,不过不建议使用那些公式,那些公式能估算出量级,但数值上还是有些差别的,所以建议大家优先使用NASA的那个估算器。
NASA Viscous Grid Spacing Calculator:http://geolab.larc.nasa.gov/APPS/YPlus/
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/19b01e6ea98271fe910ef9c4.html
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