搜索fluent 流體分析中常見問題處理辦法,如何解解fluent的錯誤提示
2016-08-10 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
在fluent 流體分析中經(jīng)常碰到各類問題,這些問題如何處理,如何解決?是搞Fluent的同學(xué)工作能力的一大體現(xiàn)。
下面對此做總結(jié),希望對各位有用。
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學(xué)習(xí)任何一個軟件,對于每一個人來說,都存在入門的時期。認真勤學(xué)是必須的,什么是最好的學(xué)習(xí)方法,我也不能妄加定論,在此,我愿意將我三年前入門FLUENT心得介紹一下,希望能給學(xué)習(xí)FLUENT的新手一點幫助。
由 于當時我需要學(xué)習(xí)FLUENT來做畢業(yè)設(shè)計,老師給了我一本書,韓占忠的《FLUENT流體工程仿真計算實例與應(yīng)用》,當然,學(xué)這本書之前必須要有兩個條 件,第一,具有流體力學(xué)的基礎(chǔ),第二,有FLUENT安裝軟件可以應(yīng)用。然后就照著書上二維的計算例子,一個例子,一個步驟地去學(xué)習(xí),然后學(xué)習(xí)三維,再針 對具體你所遇到的項目進行針對性的計算。不能急于求成,從前處理器GAMBIT,到通過FLUENT進行仿真,再到后處理,如TECPLOT,進行循序漸 進的學(xué)習(xí),堅持,效果是非常顯著的。如果身邊有懂得FLUENT的老師,那么遇到問題向老師請教是最有效的方法,碰到不懂的問題也可以上網(wǎng)或者查找相關(guān)書 籍來得到答案。另外我還有本《計算流體動力學(xué)分析》王福軍的,兩者結(jié)合起來學(xué)習(xí)效果更好。
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A.理想流體(Ideal Fluid)和粘性流體(Viscous Fluid):
流 體在靜止時雖不能承受切應(yīng)力,但在運動時,對相鄰的兩層流體間的相對運動,即相對滑動速度卻是有抵抗的,這種抵抗力稱為粘性應(yīng)力。流體所具備的這種抵抗兩 層流體相對滑動速度,或普遍說來抵抗變形的性質(zhì)稱為粘性。粘性的大小依賴于流體的性質(zhì),并顯著地隨溫度變化。實驗表明,粘性應(yīng)力的大小與粘性及相對速度成 正比。當流體的粘性較小(實際上最重要的流體如空氣、水等的粘性都是很小的),運動的相對速度也不大時,所產(chǎn)生的粘性應(yīng)力比起其他類型的力如慣性力可忽略 不計。此時我們可以近似地把流體看成無粘性的,這樣的流體稱為理想流體。十分明顯,理想流體對于切向變形沒有任何抗拒能力。這樣對于粘性而言,我們可以將流體分為理想流體和粘性流體兩大類。應(yīng)該強調(diào)指出,真正的理想流體在客觀實際中是不存在的,它只是實際流體在某些條件下的一種近似模型。
B.牛頓流體(Newtonian Fluid)和非牛頓流體(non-Newtonian Fluid):
日常生活和工程實踐中最常遇到的流體其切應(yīng)力與剪切變形速率符合下式的線性關(guān)系,稱為牛頓流體。而切應(yīng)力與變形速率不成線性關(guān)系者稱為非牛頓流體。圖2-1(a)中繪出了切應(yīng)力與變形速率的關(guān)系曲線。其中符合上式的線性關(guān)系者為牛頓流體。其他為非牛頓流體,非牛頓流體中又因其切應(yīng)力與變形速率關(guān)系特點分為膨脹性流體(Dilalant),擬塑性流體(Pseudoplastic),具有屈服應(yīng)力的理想賓厄流體(Ideal Bingham Fluid)和塑性流體(Plastic Fluid)等。通常油脂、油漆、牛奶、牙膏、血液、泥漿等均為非牛頓流體。非牛頓流體的研究在化纖、塑料、石油、化工、食品及很多輕工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。圖2-1(b)還顯示出對于有些非牛頓流體,其粘滯特性具有時間效應(yīng),即剪切應(yīng)力不僅與變形速率有關(guān)而且與作用時間有關(guān)。當變形速率保持常量,切應(yīng)力隨時間增大,這種非牛頓流體稱為震凝性流體(Rheopectic Fluid)。當變形速率保持常量而切應(yīng)力隨時間減小的非牛頓流體則稱為觸變性流體(Thixotropic Fluid)。
C.可壓縮流體(Compressible Fluid)和不可壓縮流體(Incompressible Fluid):
在 流體的運動過程中,由于壓力、溫度等因素的改變,流體質(zhì)點的體積(或密度,因質(zhì)點的質(zhì)量一定),或多或少有所改變。流體質(zhì)點的體積或密度在受到一定壓力差 或溫度差的條件下可以改變的這個性質(zhì)稱為壓縮性。真實流體都是可以壓縮的。它的壓縮程度依賴于流體的性質(zhì)及外界的條件。例如水在100個大氣壓下,容積縮小0.5%,溫度從20°變化到100°,容積降低4%。 因此在一般情況下液體可以近似地看成不可壓的。但是在某些特殊問題中,例如水中爆炸或水擊等問題,則必須把液體看作是可壓縮的。氣體的壓縮性比液體大得 多,所以在一般情形下應(yīng)該當作可壓縮流體處理。但是如果壓力差較小,運動速度較小,并且沒有很大的溫度差,則實際上氣體所產(chǎn)生的體積變化也不大。此時,也 可以近似地將氣體視為不可壓縮的。
在可壓縮流體的連續(xù)方程中含密度,因而可把密度視為連續(xù)方程中的獨立變量進行求解,再根據(jù)氣體的狀態(tài)方程求出壓力。不可壓流體的壓力場是通過連續(xù)方程間接規(guī)定的。由于沒有直接求解壓力的方程,不可壓流體的流動方程的求解具有其特殊的困難。
D.
實 驗表明,粘性流體運動有兩種形態(tài),即層流和湍流。這兩種形態(tài)的性質(zhì)截然不同。層流是流體運動規(guī)則,各部分分層流動互不摻混,質(zhì)點的軌線是光滑的,而且流動 穩(wěn)定。湍流的特征則完全相反,流體運動極不規(guī)則,各部分激烈摻混,質(zhì)點的軌線雜亂無章,而且流場極不穩(wěn)定。這兩種截然不同的運動形態(tài)在一定條件下可以相互 轉(zhuǎn)化。
E.
以 時間為標準,根據(jù)流體流動的物理量(如速度、壓力、溫度等)是否隨時間變化,將流動分為定常與非定常兩大類。當流動的物理量不隨時間變化,為定常流動;反 之稱為非定常流動。定常流動也稱為恒定流動,或者穩(wěn)態(tài)流動;非定常流動也稱為非恒定流動、非穩(wěn)態(tài)流動。許多流體機械在起動或關(guān)機時的流體流動一般是非定常 流動,而正常運轉(zhuǎn)時可看作是定常流動。
F.
當氣流速度很大,或者流場壓力變化很大時,流體就受到了壓速性的影響。馬赫數(shù)定義為當?shù)厮俣扰c當?shù)匾羲僦?。當馬赫數(shù)小于1時,流動為亞音速流動;當馬赫數(shù)遠遠小于1(如M<0.1)時,流體的可壓速性及壓力脈動對密度變化影響都可以忽略。當馬赫數(shù)接近1時候(跨音速),可壓速性影響就顯得十分重要了。如果馬赫數(shù)大于1,流體就變?yōu)槌羲倭鲃印LUENT對于亞音速,跨音速以及超音速等可壓流動都有模擬能力。
G.
除了粘性外,流體還有熱傳導(dǎo)及擴散等性質(zhì)。當流體中存在溫度差時,溫度高的地方將向溫度低的地方傳送熱量,這種現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo)。同樣地,當流體混合物中存在組元的濃度差時,濃度高的地方將向濃度低的地方輸送該組元的物質(zhì),這種現(xiàn)象稱為擴散。
流 體的宏觀性質(zhì),如擴散、粘性和熱傳導(dǎo)等,是分子輸運性質(zhì)的統(tǒng)計平均。由于分子的不規(guī)則運動,在各層流體間交換著質(zhì)量、動量和能量,使不同流體層內(nèi)的平均物 理量均勻化,這種性質(zhì)稱為分子運動的輸運性質(zhì)。質(zhì)量輸運宏觀上表現(xiàn)為擴散現(xiàn)象,動量輸運表現(xiàn)為粘性現(xiàn)象,能量輸運表象為熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。
理想流體忽略了粘性,即忽略了分子運動的動量輸運性質(zhì),因此在理想流體中也不應(yīng)考慮質(zhì)量和能量輸運性質(zhì)——擴散和熱傳導(dǎo),因為它們具有相同的微觀機制
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首先說一下CFD的基本思想:把原來在時間域及空間域上連續(xù)的物理量的場,如速度場,壓力場等,用一系列有限個離散點上的變量值的集合來代替,通過一定的原則和方式建立起關(guān)于這些離散點上場變量之間關(guān)系的代數(shù)方程組,然后求解代數(shù)方程組獲得場變量的近似值。
然后,我們再討論下這些題目。
離散化的目的: 我們知道描述流體流動及傳熱等物理問題的基本方程為偏微分方程,想要得它們的解析解或者近似解析解,在絕大多數(shù)情況下都是非常困難的,甚至是不可能的,就 拿我們熟知的Navier-Stokes方程來說,現(xiàn)在能得到的解析的特解也就70個左右;但為了對這些問題進行研究,我們可以借助于我們已經(jīng)相當成熟的 代數(shù)方程組求解方法,因此,離散化的目的簡而言之,就是將連續(xù)的偏微分方程組及其定解條件按照某種方法遵循特定的規(guī)則在計算區(qū)域的離散網(wǎng)格上轉(zhuǎn)化為代數(shù)方 程組,以得到連續(xù)系統(tǒng)的離散數(shù)值逼近解。
計算區(qū)域的離散及通常使用的網(wǎng)格: 在對控制方程進行離散之前,我們需要選擇與控制方程離散方法相適應(yīng)的計算區(qū)域離散方法。網(wǎng)格是離散的基礎(chǔ),網(wǎng)格節(jié)點是離散化的物理量的存儲位置,網(wǎng)格在離 散過程中起著關(guān)鍵的作用。網(wǎng)格的形式和密度等,對數(shù)值計算結(jié)果有著重要的影響。一般情況下,二維問題,有三角形單元和四邊形,三位問題中,有四面體,六面 體,棱錐體,楔形體及多面體單元。網(wǎng)格按照常用的分類方法可以分為:結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,混合網(wǎng)格;也可以分為:單塊網(wǎng)格,分塊網(wǎng)格,重疊網(wǎng)格;等等。 上面提到的計算區(qū)域的離散方法要考慮到控制方程的離散方法,比如說:有限差分法只能使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,有限元和有限體積法可以使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格也可以使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng) 格。
控制方程的離散及其方法:上面已經(jīng)提 到了離散化的目的,控制方程的離散就是將主控的偏微分方程組在計算網(wǎng)格上按照特定的方法離散成代數(shù)方程組,用以進行數(shù)值計算。按照應(yīng)變量在計算網(wǎng)格節(jié)點之 間的分布假設(shè)及推到離散方程的方法不同,控制方程的離散方法主要有:有限差分法,有限元法,有限體積法,邊界元法,譜方法等等。這里主要介紹最常用的有限 差分法,有限元法及有限體積法。(1)有限差分法(Finite Difference Method,簡稱FDM)是數(shù)值方法中最經(jīng)典的方法。它是將求解域劃分為差分網(wǎng)格,用有限個網(wǎng)格節(jié)點代替連續(xù)的求解域,然后將偏微分方程(控制方程)的 導(dǎo)數(shù)用差商代替,推導(dǎo)出含有離散點上有限個未知數(shù)的差分方程組。求差分方程組(代數(shù)方程組)的解,就是微分方程定解問題的數(shù)值近似解,這是一種直接將微分 問題變?yōu)榇鷶?shù)問題的近似數(shù)值解法。這種方法發(fā)展較早,比較成熟,較多用于求解雙曲型和拋物型問題(發(fā)展型問題)。用它求解邊界條件復(fù)雜,尤其是橢圓型問題 不如有限元法或有限體積法方便。(2)有限元法(Finite Element Method,簡稱FEM)與有限差分法都是廣泛應(yīng)用的流體力學(xué)數(shù)值計算方法。有限元法是將一個連續(xù)的求解域任意分成適當形狀的許多微小單元,并于各小單 元分片構(gòu)造插值函數(shù),然后根據(jù)極值原理(變分或加權(quán)余量法),將問題的控制方程轉(zhuǎn)化為所有單元上的有限元方程,把總體的極值作為個單元極值之和,即將局部 單元總體合成,形成嵌入了指定邊界條件的代數(shù)方程組,求解該方程組就得到各節(jié)點上待求的函數(shù)值。有限元法的基礎(chǔ)是極值原理和劃分插值,它吸收了有限差分法 中離散處理的內(nèi)核,又采用了變分計算中選擇逼近函數(shù)并對區(qū)域積分的合理方法,是這兩類方法相互結(jié)合,取長補短發(fā)展的結(jié)果。它具有廣泛的適應(yīng)性,特別適用于 幾何及物理條件比較復(fù)雜的問題,而且便于程序的標準化。對橢圓型問題(平衡態(tài)問題)有更好的適應(yīng)性。有限元法因求解速度較有限差分法和有限體積法滿,因 此,在商用CFD軟件中應(yīng)用并不普遍,目前的商用CFD軟件中,FIDAP采用的是有限元法。而有限元法目前在固體力學(xué)分析中占絕對比例,幾乎所有的固體 力學(xué)分析軟件都是采用有限元法。(3)有限體積法(Finite Volume Method,簡稱FVM)是近年發(fā)展非常迅速的一種離散化方法,其特點是計算效率高。目前在CFD領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其基本思路是:將計算區(qū)域劃分 為網(wǎng)格,并使每個網(wǎng)格點周圍有一個互不重復(fù)的控制體積;將待解的微分方程(控制方程)對每一個控制體積分,從而得到一組離散方程。其中的未知數(shù)是網(wǎng)格點上 的因變量,為了求出控制體的積分,必須假定因變量值在網(wǎng)格點之間的變化規(guī)律。從積分區(qū)域的選取方法看來,有限體積法屬于加權(quán)余量法中的子域法,從未知解的 近似方法看來,有限體積法屬于采用局部近似的離散方法。簡言之,子域法加離散,就是有限體積法的基本方法。
各種離散化方法的區(qū)別:簡短而言,有限元法,將物理量存儲在真實的網(wǎng)格節(jié)點上,將單元看成由周邊節(jié)點及型函數(shù)構(gòu)成的統(tǒng)一體;有限體積法往往是將物理量存儲在網(wǎng)格單元的中心點上,而將單元看成圍繞中心點的控制體積,或者在真實網(wǎng)格節(jié)點上定義和存儲物理量,而在節(jié)點周圍構(gòu)造控制題。
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請參考王福軍的書《計算流體動力學(xué)分析—CFD理論與應(yīng)用》
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離散格式 |
穩(wěn)定性及穩(wěn)定條件 |
精度與經(jīng)濟性 |
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中心差分 |
條件穩(wěn)定Peclet小于等于2 |
在不發(fā)生振蕩的參數(shù)范圍內(nèi),可以獲得校準確的結(jié)果。 |
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一階迎風(fēng) |
絕對穩(wěn)定 |
雖然可以獲得物理上可接受的解,但當Peclet數(shù)較大時,假擴散較嚴重。為避免此問題,常需要加密計算網(wǎng)格。 |
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二階迎風(fēng) |
絕對穩(wěn)定 |
精度較一階迎風(fēng)高,但仍有假擴散問題。 |
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混合格式 |
絕對穩(wěn)定 |
當Peclet小于等于2時,性能與中心差分格式相同。當Peclet大于2時,性能與一階迎風(fēng)格式相同。 |
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指數(shù)格式、乘方格式 |
絕對穩(wěn)定 |
主要適用于無源項的對流擴散問題,對有非常數(shù)源項的場合,當Peclet數(shù)較高時有較大誤差。 |
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QUICK格式 |
條件穩(wěn)定Peclet小于等于8/3 |
可以減少假擴散誤差,精度較高,應(yīng)用較廣泛,但主要用于六面體和四邊形網(wǎng)格。 |
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改進的QUICK格式 |
絕對穩(wěn)定 |
性能同標準QUICK格式,只是不存在穩(wěn)定性問題。 |
5
1.控制體積界面上的連續(xù)性原則;
2.正系數(shù)原則;
3.源項的負斜率線性化原則;
4.主系數(shù)等于相鄰節(jié)點系數(shù)之和原則。
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這個問題的范疇好大啊。簡要的說一下個人的理解吧:流場數(shù)值求解的目的就是為了得到某個流動狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù),這樣可以節(jié)省實驗經(jīng)費,節(jié)約實驗時間,并且 可以模擬一些不可能做實驗的流動狀態(tài)。主要方法有有限差分,有限元和有限體積法,好像最近還有無網(wǎng)格法和波爾茲曼法(格子法)?；舅悸范际菍?fù)雜的非線 性差分/積分方程簡化成簡單的代數(shù)方程。相對來說,有限差分法對網(wǎng)格的要求較高,而其他的方法就要靈活的多。
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可壓縮Euler及Navier-Stokes方程數(shù)值解
描述無粘流動的基本方程組是Euler方程組,描述粘性流動的基本方程組是Navier-Stokes方程組。用數(shù)值方法通過求解Euler方程和Navier-Stokes方程模擬流場是計算流體動力學(xué)的重要內(nèi)容之一。由于飛行器設(shè)計實際問題中的絕大多數(shù)流態(tài)都具有較高的雷諾數(shù),這些流動粘性區(qū)域很小,由對流作用主控,因此針對Euler方程發(fā)展的計算方法,在大多數(shù)情況下對Navier-Stokes方程也是有效的,只需針對粘性項用中心差分離散。
用數(shù)值方法求解無粘Euler方程組的歷史可追溯到20世紀50年代,具有代表性的方法是1952年Courant等人以及1954年Lax和Friedrichs提出的一階方法。從那時開始,人們發(fā)展了大量的差分格式。Lax和Wendroff的開創(chuàng)性工作是非定常Euler(可壓縮Navier-Stokes)方程組數(shù)值求解方法發(fā)展的里程碑。二階精度Lax-Wendroff格式應(yīng)用于非線性方程組派生出了一類格式,其共同特點是格式空間對稱,即在空間上對一維問題是三點中心格式,在時間上是顯式格式,并且該類格式是從時間空間混合離散中導(dǎo)出的。該類格式中最流行的是MacCormack格式。
采 用時空混合離散方法,其數(shù)值解趨近于定常時依賴于計算中采用的時間步長。盡管由時間步長項引起的誤差與截斷誤差在數(shù)量級上相同,但這卻體現(xiàn)了一個概念上的 缺陷,因為在計算得到的定常解中引進了一個數(shù)值參數(shù)。將時間積分從空間離散中分離出來就避免了上述缺陷。常用的時空分別離散格式有中心型格式和迎風(fēng)型格式?？臻g二階精度的中心型格式(一維問題是三點格式)就屬于上述范疇。該類格式最具代表性的是Beam-Warming隱式格式和Jameson等人采用的Runge-Kutta時間積分方法發(fā)展的顯式格式。迎風(fēng)型差分格式共同特點是所建立起的特征傳播特性與差分空間離散方向選擇的關(guān)系是與無粘流動的物理特性一致的。第一個顯式迎風(fēng)差分格式是由Courant等人構(gòu)造的,并推廣為二階精度和隱式時間積分方法?；谕糠较蛐噪x散的Steger-Warming和Van Leer矢通量分裂方法可以認為是這類格式的一種。該類格式的第二個分支是Godunov方法,該方法在每個網(wǎng)格步求解描述相鄰間斷(Riemann問題)的當?shù)匾痪SEuler方程。根據(jù)這一方法Engquist、Osher和Roe等人構(gòu)造了一系列引入近似Riemann算子的格式,這就是著名的通量差分方法。
對于沒有大梯度的定常光滑流動,所有求解Euler方程格式的計算結(jié)果都是令人滿意的,但當出現(xiàn)諸如激波這樣的間斷時,其表現(xiàn)確有很大差異。絕大多數(shù)最初發(fā)展起來的格式,如Lax-Wendroff格式中心型格式,在激波附近會產(chǎn)生波動。人們通過引入人工粘性構(gòu)造了各種方法來控制和限制這些波動。在一個時期里,這類格式在復(fù)雜流場計算中得到了應(yīng)用。然而,由于格式中含有自由參數(shù),對不同問題要進行調(diào)整,不僅給使用上帶來了諸多不便,而且格式對激波分辨率受到影響,因而其在復(fù)雜流動計算中的應(yīng)用受到了一定限制。
另外一種方法是力圖阻止數(shù)值波動的產(chǎn)生,而不是在其產(chǎn)生后再進行抑制。這種方法是建立在非線性限制器的概念上,這一概念最初由Boris和Book及Van Leer提出,并且通過Harten發(fā)展的總變差減小(TVD, Total Variation Diminishing)的重要概念得以實現(xiàn)。通過這一途徑,數(shù)值解的變化以非線性的方式得以控制。這一類格式的研究和應(yīng)用,在20世紀80年代形成了一股發(fā)展浪潮。1988年,張涵信和莊逢甘利用熱力學(xué)熵增原理,通過對差分格式修正方程式的分析,構(gòu)造了滿足熵增條件能夠捕捉激波的無波動、無自由參數(shù)的耗散格式(NND格式)。該類格式在航空航天飛行器氣動數(shù)值模擬方面得到了廣泛應(yīng)用。
1987年,Harten和Osher指出,TVD格式最多能達到二階精度。為了突破這一精度上的限制引入了實質(zhì)上無波動(ENO)格式的概念。該類格式“幾乎是TVD”的,Harten因此推斷這些格式產(chǎn)生的數(shù)值解是一致有界的。繼Harten和Osher之后,Shu和Osher將ENO格式從一維推廣到多維。J.Y.Yang在三階精度ENO差分格式上也做了不少工作。1992年,張涵信另辟蹊徑,在NND格式的基礎(chǔ)上,發(fā)展了一種能捕捉激波的實質(zhì)上無波動、無自由參數(shù)的三階精度差分格式(簡稱ENN格式)。1994年,Liu、Osher和Chan發(fā)展了WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式。WENO格式是基于ENO格式構(gòu)造的高階混合格式,它在保持了ENO格式優(yōu)點的同時,計算流場中虛假波動明顯減少。此后,Jiang提出了一種新的網(wǎng)格模板光滑程度的度量方法。目前高階精度格式的研究與應(yīng)用是計算流體力學(xué)的熱點問題之一。
不可壓縮Navier-Stokes方程求解
不可壓縮流體力學(xué)數(shù)值解法有非常廣泛的需求。從求解低速空氣動力學(xué)問題,推進器內(nèi)部流動,到水動力相關(guān)的液體流動以及生物流體力學(xué)等。滿足這么廣泛問題的研究,要求有與之相應(yīng)的較好的物理問題的數(shù)學(xué)模型以及魯棒的數(shù)值算法。
相 對于可壓縮流動,不可壓縮流動的數(shù)值求解困難在于,不可壓縮流體介質(zhì)的密度保持常數(shù),而狀態(tài)方程不再成立,連續(xù)方程退化為速度的散度為零的方程。由此,在 可壓縮流動的計算中可用于求解密度和壓力的連續(xù)方程在不可壓縮流動求解中僅是動量方程的一個約束條件,由此求解不可壓縮流動的壓力稱為一個困難。求解不可 壓縮流動的各種方法主要在于求解不同的壓力過程。
目前,主要有兩類求解不可壓縮流體力學(xué)的方法,原始變量方法和非原始變量方法。求解不可壓縮流動的原始變量方法是將Navier-Stokes方程寫成壓力和速度的形式,進行直接求解,這種形式已被廣為應(yīng)用。非原始變量方法主要有Fasel提出的流函數(shù)-渦函數(shù)法、Aziz和Hellums提出的勢函數(shù)-渦函數(shù)方法。在求解三維流動問題時,上述每一個方法都需要反復(fù)求解三個Possion方程,非常耗時。原始變量方法可以分為三類:第一種方法是Harlow和Welch首先提出的壓力Possion方程方法。該方法首先將動量方程推進求得速度場,然后利用Possion方程求解壓力,這一種方法由于每一時間步上需要求解Possion方程,求解非常耗時。第二種方法是Patanker和Spalding的SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)法,它是通過動量方程求得壓力修正項對速度的影響,使其滿足速度散度等于零的條件作為壓力控制方程。第三種方法是虛擬壓縮方法,這一方法是Chorin于1967年提出的。該方法的核心就是通過在連續(xù)方程中引入一個虛擬壓縮因子,再附加一項壓力的虛擬時間導(dǎo)數(shù),使壓力顯式地與速度聯(lián)系起來,同時方程也變成了雙曲型方程。這樣,方程的形式就與求解可壓縮流動的方程相似,因此,許多求解可壓縮流動的成熟方法都可用于不可壓縮流動的求解。
目前,由于基于求解壓力Possion方程的方法非常復(fù)雜及耗時,難于求解具體的工程實際問題,因此用此方法解決工程問題的工作越來越少。工程上常用的主要是SIMPLE方法和虛擬壓縮方法。
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邊界條件與初始條件是控制方程有確定解的前提。
10 在數(shù)值計算中,偏微分方程的雙曲型方程、橢圓型方程、拋物型方程有什么區(qū)別?
我們知道很多描述物理問題的控制方程最終就可以歸結(jié)為偏微分方程,描述流動的控制方程也不例外。
從 數(shù)學(xué)角度,一般將偏微分方程分為橢圓型(影響域是橢圓的,與時間無關(guān),且是空間內(nèi)的閉區(qū)域,故又稱為邊值問題),雙曲型(步進問題,但依賴域僅在兩條特征 區(qū)域之間),拋物型(影響域以特征線為分界線,與主流方向垂直;具體來說,解的分布與瞬時以前的情況和邊界條件相關(guān),下游的變化僅與上游的變化相關(guān);也稱 為初邊值問題);
從物理角度,一般將方程分為平衡問題(或穩(wěn)態(tài)問題),時間步進問題。
兩種角度,有這樣的關(guān)系:橢圓型方程描述的一般是平衡問題(或穩(wěn)態(tài)問題),雙曲型和拋物型方程描述的一般是步進問題。
至于具體的分類方法,大家可以參考一般的偏微分方程專著,里面都有介紹。關(guān)于各種不同近似水平的流體控制方程的分類,大家可以參考張涵信院士編寫《計算流體力學(xué)—差分方法的原理與應(yīng)用》里面講的相當詳細。
三種類型偏微分方程的基本差別如下:
1)三種類型偏微分方程解的適定性(即解存在且唯一,并且解穩(wěn)定)要求對定解條件有不同的提法;
2)三種類型偏微分方程解的光滑性不同,對定解條件的光滑性要求也不同;
橢圓型和拋物型方程的解是充分光滑的,因此對定解條件的光滑性要求不高。而雙曲型方程允許有所謂的弱解存在(如流場中的激波),即解的一階導(dǎo)數(shù)可以不連續(xù),所以對定解條件的光滑性要求很高,這也正是采用有限元法求解雙曲型方程困難較多的原因之一。
3)三種類型偏微分方程的影響區(qū)域和依賴區(qū)域不一樣。
在雙曲型和拋物型方程所控制的流場中,某一點的影響區(qū)域是有界的,可采用步進求解。如對雙曲型方程求解時,為了與影響區(qū)域的特征一致,采用上風(fēng)格式比較適宜。而橢圓型方程的影響范圍遍及全場,必須全場求解,所采用的差分格式也要采用相應(yīng)的中心格式。
以上只是一些較為膚淺的概念,如想深入,可參考相關(guān)的偏微分方程及數(shù)值計算等書籍。
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判斷網(wǎng)格質(zhì)量的方面有:
Area單元面積,適用于2D單元,較為基本的單元質(zhì)量特征。
Aspect Ratio長寬比,不同的網(wǎng)格單元有不同的計算方法,等于1是最好的單元,如正三角形,正四邊形,正四面體,正六面體等;一般情況下不要超過5:1.
Diagonal Ratio對角線之比,僅適用于四邊形和六面體單元,默認是大于或等于1的,該值越高,說明單元越不規(guī)則,最好等于1,也就是正四邊形或正六面體。
Edge Ratio長邊與最短邊長度之比,大于或等于1,最好等于1,解釋同上。
EquiAngle Skew通過單元夾角計算的歪斜度,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。最好是要控制在0到0.4之間。
EquiSize Skew通過單元大小計算的歪斜度,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。2D質(zhì)量好的單元該值最好在0.1以內(nèi),3D單元在0.4以內(nèi)。
MidAngle Skew通過單元邊中點連線夾角計算的歪斜度,僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。
Size Change相鄰單元大小之比,僅適用于3D單元,最好控制在2以內(nèi)。
Stretch伸展度。通過單元的對角線長度與邊長計算出來的,僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。
Taper錐度。僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。
Volume單元體積,僅適用于3D單元,劃分網(wǎng)格時應(yīng)避免出現(xiàn)負體積。
Warpage翹曲。僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。
以上只是針對Gambit幫助文件的簡單歸納,不同的軟件有不同的評價單元質(zhì)量的指標,使用時最好仔細閱讀幫助文件。
另外,在Fluent中的窗口鍵入:grid quality
1.Maxium cell squish:
2.Maxium cell skewness:
3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好。
以上的一些只是簡略提要,具體的請參考相關(guān)資料。
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gambit默認為wall,一般情況下可以到fluent再修改邊界類型。 內(nèi)部邊界如果是split產(chǎn)生的,那么就不需再設(shè)定了,如果不是,那么就需要設(shè)定為interface或者是internal
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Fluid Zone是一個單元組,是求解域內(nèi)所有流體單元的綜合。所激活的方程都要在這些單元上進行求解。向流體區(qū)域輸入的信息只是流體介質(zhì)(材料)的類型。對于當前材料列表中沒有的材料,需要用戶自行定義。注意,多孔介質(zhì)也當作流體區(qū)域?qū)Υ?
Solid Zone也是一個單元組,只不過這組單元僅用來進行傳熱計算,不進行任何的流動計算。作為固體處理的材料可能事實上是流體,但是假定其中沒有對流發(fā)生,固體區(qū)域僅需要輸入材料類型。
Fluent中使用Zone的概念,主要是為了區(qū)分分塊網(wǎng)格生成,邊界條件的定義等等;
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可以采用殘差控制面板來顯示;或者采用通過某面的流量控制;如監(jiān)控出口上流量的變化;采用某點或者面上受力的監(jiān)視;渦街中計算達到收斂時,繞流體的面上受的升力為周期交變,而阻力為平緩的直線。
怎樣判斷計算結(jié)果是否收斂?
1、觀察點處的值不再隨計算步驟的增加而變化;
2、各個參數(shù)的殘差隨計算步數(shù)的增加而降低,最后趨于平緩;
3、要滿足質(zhì)量守恒(計算中不牽涉到能量)或者是質(zhì)量與能量守恒(計算中牽涉到能量)。
特別要指出的是,即使前兩個判據(jù)都已經(jīng)滿足了,也并不表示已經(jīng)得到合理的收斂解了,因為,如果松弛因子設(shè)置得太緊,各參數(shù)在每步計算的變化都不是太大,也會使前兩個判據(jù)得到滿足。此時就要再看第三個判據(jù)了。
還需要說明的就是,一般我們都希望在收斂的情況下,殘差越小越好,但是殘差曲線是全場求平均的結(jié)果,有時其大小并不一定代表計算結(jié)果的好壞,有時即使計算的殘差很大,但結(jié)果也許是好的,關(guān)鍵是要看計算結(jié)果是否符合物理事實,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),必須從實際物理現(xiàn)象上看計算結(jié)果。比如說一個全機模型,在大攻角情況下,解震蕩得非常厲害,而且殘差的量級也總下不去,但這仍然是正確的,為什么呢,因為大攻角下實際流動情形就是這樣的,不斷有渦的周期性脫落,流場本身就是非定常的,所以解也是波動的,處理的時候取平均就可以呢:)
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1、亞松馳(Under Relaxation):所謂亞松馳就是將本層次計算結(jié)果與上一層次結(jié)果的差值作適當縮減,以避免由于差值過大而引起非線性迭代過程的發(fā)散。用通用變量來寫出時,為松馳因子(Relaxation Factors)?！稊?shù)值傳熱學(xué)-214》
2、FLUENT中的亞松馳:由于FLUENT所解方程組的非線性,我們有必要控制的變化。一般用亞松馳方法來實現(xiàn)控制,該方法在每一部迭代中減少了的變化量。亞松馳最簡單的形式為:單元內(nèi)變量等于原來的值
SIMPLE與SIMPLEC比較
在FLUENT中,可以使用標準SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默認是SIMPLE算法,但是對于許多問題如果使用SIMPLEC可能會得到更好的結(jié)果,尤其是可以應(yīng)用增加的亞松馳迭代時,具體介紹如下:
對于相對簡單的問題(如:沒有附加模型激活的層流流動),其收斂性已經(jīng)被壓力速度耦合所限制,你通?？梢杂?span>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,在有些問題中,將壓力校正松弛因子增加到1.0可能會導(dǎo)致不穩(wěn)定。對于所有的過渡流動計算,強烈推薦使用PISO算法鄰近校正。它允許你使用大的時間步,而且對于動量和壓力都可以使用亞松馳因子1.0。對于定常狀態(tài)問題,具有鄰近校正的PISO并不會比具有較好的亞松馳因子的SIMPLE或SIMPLEC好。對于具有較大扭曲網(wǎng)格上的定常狀態(tài)和過渡計算推薦使用PISO傾斜校正。當你使用PISO鄰近校正時,對所有方程都推薦使用亞松馳因子為1.0或者接近1.0。如果你只對高度扭曲的網(wǎng)格使用PISO傾斜校正,請設(shè)定動量和壓力的亞松馳因子之和為1.0比如:壓力亞松馳因子0.3,動量亞松馳因子0.7)。如果你同時使用PISO的兩種校正方法,推薦參閱PISO鄰近校正中所用的方法。
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Let's take care of the warning "turbulent viscosity limited to viscosity ratio****" which is not physical. This problem is mainly due to one of the following:
1)Poor mesh quality(i.e.,skewness > 0.85 for Quad/Hex, or skewness > 0.9 for Tri/Tetra elements). {what values do you have?}
2)Use of improper turbulent boudary conditions.
3)Not supplying good initial values for turbulent quantities.
出 現(xiàn)這個警告,一般來講,最可能的就是網(wǎng)格質(zhì)量的問題,尤其是Y+值的問題;在劃分網(wǎng)格的時候要注意,第一層網(wǎng)格高度非常重要,可以使用NASA的 Viscous Grid Space Calculator來計算第一層網(wǎng)格高度;如果這方面已經(jīng)注意了,那就可能是邊界條件中有關(guān)湍流量的設(shè)置問題,關(guān)于這個,本版中已經(jīng)有專門的帖子進行了 討論,Fluent培訓(xùn)的教程中也有講到,請大家參考。
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這個問題的意思是出現(xiàn)了回流,這個問題相對于湍流粘性比的警告要寬松一些,有些case可能只在計算的開始階段出現(xiàn)這個警告,隨著迭代的計算,可能會消失,如果計算一段時間之后,警告消失了,那么對計算結(jié)果是沒有什么影響的,如果這個警告一直存在,可能需要作以下處理:
1.如果是模擬外部繞流,出現(xiàn)這個警告的原因可能是邊界條件取得距離物體不夠遠,如果邊界條件取的足夠遠,該處可能在計算的過程中的確存在回流現(xiàn)象;對于可壓縮流動,邊界最好取在10倍的物體特征長度之處;對于不可壓縮流動,邊界最好取在4倍的物體特征長度之處。
2.如果出現(xiàn)了這個警告,不論對于外部繞流還是內(nèi)部流動,可以使用pressure-outlet邊界條件代替outflow邊界條件改善這個問題。
25 燃燒過程中經(jīng)常遇到一個“頭疼”問題是計算后溫度場沒什么變化?即點火問題,解決計算過程中點火的方法有哪些?什么原因引起點火困難的問題?
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問題的初始化就是在做計算時,給流場一個初始值,包括壓力、速度、溫度和湍流系數(shù)等。理論上,給的初始場對最終結(jié)果不會產(chǎn)生影響,因為隨著跌倒步數(shù) 的增加,計算得到的流場會向真實的流場無限逼近,但是,由于Fluent等計算軟件存在像離散格式精度(會產(chǎn)生離散誤差)和截斷誤差等問題的限制,如果初 始場給的過于偏離實際物理場,就會出現(xiàn)計算很難收斂,甚至是剛開始計算就發(fā)散的問題。因此,在初始化時,初值還是應(yīng)該給的盡量符合實際物理現(xiàn)象。這就要求 我們對要計算的物理場,有一個比較清楚的理解。
初始化中的patch就是對初始化的一種補充,比如當遇到多相流問題時,需要對各相的參數(shù)進行更細的限制,以最大限度接近現(xiàn)實物理場。這些就可以通過patch來實現(xiàn),patch可以對流場分區(qū)進行初始化,還可以通過編寫簡單的函數(shù)來對特定區(qū)域初始化。
27 什么叫PDF方法?FLUENT中模擬煤粉燃燒的方法有哪些?
概率密度函數(shù)輸運輸運方程方法 (PDF方法)是近年來逐步建立起來的描述湍流兩相流動的新模型方法。所謂的概率密度函數(shù)(Probability Density Function,簡稱PDF)方法是基于湍流場隨機性和概率統(tǒng)計描述,將流場的速度、溫度和組分濃度等特征量作為隨機變量,研究其概率密度函數(shù)在相空間 的傳遞行為的研究方法。PDF模型介于統(tǒng)觀模擬和細觀模擬之間,是從隨機運動的分子動力論和兩相湍流的基本守恒定律出發(fā),探討兩相湍流的規(guī)律,因此可作為 發(fā)展雙流體模型框架內(nèi)兩相湍流模型的理論基礎(chǔ)。它實質(zhì)上是溝通E-L模型和E-E模型的橋梁,可以用顆粒運動的拉氏分析通過統(tǒng)計理論,即PDF方程的積分 建立封閉的E-E兩相湍流模型。
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一. 殘差波動的主要原因:1、高精度格式; 2、網(wǎng)格太粗;3、網(wǎng)格質(zhì)量差;4、流場本身邊界復(fù)雜,流動復(fù)雜;5、模型的不恰當使用。
二. 問:在進行穩(wěn)態(tài)計算時候,開始殘差線是一直下降的,可是到后來各種殘差線都顯示為波形波動,是不是不收斂阿?
三. 1、網(wǎng)格問題:比如流場內(nèi)部存在尖點等突變,導(dǎo)致網(wǎng)格在局部質(zhì)量存在問題,影響收斂。
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假擴散(false diffusion)的含義:
基本含義:由于對流—擴散方程中一階導(dǎo)數(shù)項的離散格式的截斷誤差小于二階而引起較大數(shù)值計算誤差的現(xiàn)象。有的文獻中將人工粘性(artificial viscosity)或數(shù)值粘性(numerical viscosity)視為它的同義詞。
拓寬含義:現(xiàn)在通常把以下三種原因引起的數(shù)值計算誤差都歸在假擴散的名稱下
1.非穩(wěn)態(tài)項或?qū)α黜棽捎靡浑A截差的格式;
2.流動方向與網(wǎng)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(shù)的源項的影響。
克服或減輕假擴散的格式或方法,
為克服或減輕數(shù)值計算中的假擴散(包括流向擴散及交叉擴散)誤差,應(yīng)當:
1. 采用截差階數(shù)較高的格式;
2. 減輕流線與網(wǎng)格線之間的傾斜交叉現(xiàn)象或在構(gòu)造格式時考慮到來流方向的影響。
3. 至于非常數(shù)源項的問題,目前文獻中,還沒有為克服這種影響而專門構(gòu)造的格式,但是高階格式顯然對減輕其影響是有利的。
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FLUENT等高線(contour)顯示過程中,可以通過調(diào)節(jié)顯示的水平等級來調(diào)節(jié)其顯示細節(jié),Levels...最大值允許設(shè)置為100.對于 封閉的3D物體,可以通過建立Surface,監(jiān)視Surface上的量來顯示計算結(jié)果?；蛘哂嬎阒髮⒔Y(jié)果導(dǎo)入到Tecplot中,作切片圖顯示。
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對于非定常計算,可以通過創(chuàng)建動畫來形象地顯示出動態(tài)的效果圖。
Solve->Animate->Define...,具體操作請參考Fluent用戶手冊。
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GAUGE PRESSURE 就是靜壓。
GAUGE total PRESSURE 是總壓。
這里需要強調(diào)一下 Gauge為名義值,
什么意思呢?如果, INITIAL Gauge PRESSURE =0
那么 GAUGE PRESSURE 就是實際的靜壓Pinf。
如果INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零
GAUGE PRESSURE = Pinf - INITIAL Gauge PRESSURE
GAUGE total PRESSURE = Pt - INITIAL Gauge PRESSURE
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1.在Fluent中顯示你想得到的效果圖的窗口,可以直接在任務(wù)欄中右鍵該窗口將其復(fù)制到剪貼板,保存;或者打印到文件,保存。
2.在Fluent中,在你想要保存相關(guān)窗口的效果圖時,首先激活效果圖監(jiān)視窗口,就是用鼠標左鍵監(jiān)視窗口,然后在Fluent中操作,Fluent->File->Hardcopy...,選擇好你想要的圖片格式,然后就可以保存了。
3.將計算結(jié)果或者相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Tecplot中,然后作出你想要的效果圖,這種方法得出的圖片,個人感覺比Fluent得到的圖片美觀簡潔大方。
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速度入口的邊界條件適用于不可壓流動,需要給定進口速度以及需要計算的所有標量值。速度入口邊界條件不適合可壓縮流動,否則入口邊界條件會使入口處的總溫或總壓有一定的波動。
關(guān)于湍流參數(shù)的定義方法,根據(jù)所選擇的湍流模型的不同有不同的湍流參數(shù)組合,具體可以參考Fluent用戶手冊的相關(guān)章節(jié),也可以參考王福軍的書《計算流體動力學(xué)分析—CFD軟件原理與應(yīng)用》的第214-216頁,也可以參考本版的帖子:http://www.efluid.com.cn/dvbbs/dispbbs.asp?boardID=61&ID=997&page=1
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這些都可以用tecplot來處理 將fluent計算的date和case文件倒入到tecplot中 斷面可以做切片
速度矢量圖流線圖 直接就可以選擇相應(yīng)選項來查看
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分離式求解器以前主要用于不可壓縮流動和微可壓流動,而耦合式求解器用于高速可壓流動?，F(xiàn)在,兩種求解器都適用于從不可壓到高速可壓的很大范圍的流動,但總的來講,當計算高速可壓流動時,耦合式求解器比分離式求解器更有優(yōu)勢。
Fluent默認使用分離式求解器,但是,對于高速可壓流動,由強體積力(如浮力或者旋轉(zhuǎn)力)導(dǎo)致的強耦合流動,或者在非常精細的網(wǎng)格上求解的流動,需要考慮耦合式求解器。耦合式求解器耦合了流動和能量方程,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,選擇時可以根據(jù)這一情況來權(quán)衡利弊。在需要耦合隱式的時候,如果計算機內(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和能量方程,但是它還是比耦合隱式需要的內(nèi)存少,當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物理模型,在耦合式求解器中是沒有的。這些物理模型包括:流體體積模型(VOF),多項混合模型,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
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在Gambit目錄中,有三個文件,分別是default_id.dbs,jou,trn文件,對Gambit運行save,將會在工作目錄下保存這三個文件:default_id.dbs,default_id.jou,default_id.trn。
jou文件是gambit命令記錄文件,可以通過運行jou文件來批處理gambit命令;
dbs文件是gambit默認的儲存幾何體和網(wǎng)格數(shù)據(jù)的文件;
trn文件是記錄gambit命令顯示窗(transcript)信息的文件;
msh文件可以在gambit劃分網(wǎng)格和設(shè)置好邊界條件之后export中選擇msh文件輸出格式,該文件可以被fluent求解器讀取。
Case文件包括網(wǎng)格,邊界條件,解的參數(shù),用戶界面和圖形環(huán)境。
Data文件包含每個網(wǎng)格單元的流動值以及收斂的歷史紀錄(殘差值)。Fluent自動保存文件類型,默認為date和case文件
Profile文件邊界輪廓用于指定求解域的邊界區(qū)域的流動條件。例如,它們可以用于指定入口平面的速度場。
讀入輪廓文件,點擊菜單File/Read/Profile...彈出選擇文件對話框,你就可以讀入邊界輪廓文件了。
寫入輪廓文件,你也可以在指定邊界或者表面的條件上創(chuàng)建輪廓文件。例如:你可以在一個算例的出口條件中創(chuàng)建一個輪廓文件,然后在其它算例中讀入該輪廓文件,并使用出口輪廓作為新算例的入口輪廓。要寫一個輪廓文件,你需要使用Write Profile面板(Figure 1),菜單:File/Write/Profile...
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在gambit中先將需要的zone定義出來,對于要隨流體流動我覺得這個可以用動網(wǎng)格來處理 在動網(wǎng)格設(shè)置界面 將這個隨流體流動的zone設(shè)置成剛體
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Fluent的單雙精度求解器適合于所有的計算平臺,在大多數(shù)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,
2,
3,
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在Fluent中,Interface意思為“交接面”,主要用途有三個:多重坐標系模型中靜態(tài)區(qū)域與運動區(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,轉(zhuǎn)子與定子葉柵模型,等等,在Fluent中,interface的交接重合處默認為interior,非重合處默認為 wall;非一致網(wǎng)格交接處,例如:上下網(wǎng)格網(wǎng)格間距不同等。
Interior意思為“內(nèi)部的”,在Fluent中指計算區(qū)域。
Internal意思為“內(nèi)部的”,比如說內(nèi)能,內(nèi)部放射率等,具體應(yīng)用不太清楚。
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在FLEXlm LMTOOLS Utility-〉config services->service name里選好你要啟動的軟件的配備的service name,然后配置好下邊的path to the lmgrd.exe file和path to the license file,然后save service,轉(zhuǎn)到FLEXlm LMTOOLS Utility->config services-〉start/stop/reread下,選中要啟動的license,start server即可。
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從字面的意思很好理解axisymmetric和axisymmetric swirl的差別:
axisymmetric:是軸對稱的意思,也就是關(guān)于一個坐標軸對稱,2D的axisymmetric問題仍為2D問題。
而axisymmetric swirl:是軸對稱旋轉(zhuǎn)的意思,就是一個區(qū)域關(guān)于一條坐標軸回轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的區(qū)域,這產(chǎn)生的將是一個回轉(zhuǎn)體,是3D的問題。在Fluent中使用這個,是將 一個3D的問題簡化為2D問題,減少計算量,需要注意的是,在Fluent中,回轉(zhuǎn)軸必須是x軸。
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在定義速度入口邊界條件時,Reference Frame中有Absolute和Relative to Adjacent Cell Zone的選項,關(guān)于這個,Fluent用戶手冊上是這樣寫的:“ If the cell zone adjacent to the velocity inlet is moving, you can choose to specify relative or absolute velocities by selecting Relative to Adjacent Cell Zone or Absolute in the Reference Frame drop-down list. If the adjacent cell zone is not moving, Absolute and Relative to Adjacent Cell Zone will be equivalent, so you need not visit the list. ”
如 果速度入口處的單元在計算的過程中有運動發(fā)生的情況(如果你使用了運動參考系或者滑移網(wǎng)格),你可以選擇使用指定相對于鄰近單元區(qū)域的速度或在參考坐標系 中的絕對速度來定于入口處的速度;如果速度入口處的相鄰單元在計算過程中沒有發(fā)生運動,那么這兩種方法所定義的速度是等價的。
Note that if the adjacent cell zone is not moving, the absolute and relative options are equivalent.
這個問題好像問的不是特別清楚,在Fluent6.3中,問題出現(xiàn)的這個Velocity formulation(Absolute和Relative)設(shè)置,應(yīng)該是設(shè)置求解器時出現(xiàn)的選項,在使用Pressure-based的求解器時,Fluent允許用戶定義的速度形式有絕對的和相對的,使用相對的速度形式是為了在Fluent中使用運動參考系以及滑移網(wǎng)格方便定義速度,關(guān)于這兩個速度的理解很簡單,可以參考上面的說明;如果使用Density-based的求解器,這個求解器的算法只允許統(tǒng)一使用絕對的速度形式。
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給定流動出口的靜壓。對于有回流的出口,壓力出口邊界條件比質(zhì)量出口邊界條件邊界條件更容易收斂。
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離散格式對求解器性能的影響
控制方程的擴散項一般采用中心差分格式離散,而對流項則可采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(fēng)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(wǎng)格對齊時,如使用四邊形或六面體網(wǎng)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(wǎng)格線時,一階精度格式將產(chǎn)生明顯的離散誤差(數(shù)值擴散)。因此,對于2D三角形及3D四面體網(wǎng)格,注意使用二階精度格式,特別是對復(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動及有旋流的計算,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,即使使用QUICK格式,結(jié)果也不一定好。乘方格式(Power-law Scheme)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)格很細的情況。
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courant number實際上是指時間步長和空間步長的相對關(guān)系,系統(tǒng)自動減小courant數(shù),這種情況一般出現(xiàn)在存在尖銳外形的計算域,當局部的流速過大或者壓差過大時出錯,把局部的網(wǎng)格加密再試一下。
在Fluent中,用courant number來調(diào)節(jié)計算的穩(wěn)定性與收斂性。一般來說,隨著courant number的從小到大的變化,收斂速度逐漸加快,但是穩(wěn)定性逐漸降低。所以具體的問題,在計算的過程中,最好是把courant number從小開始設(shè)置,看看迭代殘差的收斂情況,如果收斂速度較慢而且比較穩(wěn)定的話,可以適當?shù)脑黾觕ourant number的大小,根據(jù)自己具體的問題,找出一個比較合適的courant number,讓收斂速度能夠足夠的快,而且能夠保持它的穩(wěn)定性。
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在FLUENT中,可以使用標準SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默認是SIMPLE算法,但是對于許多問題如果使用SIMPLEC可能會得到更好的結(jié)果,尤其是可以應(yīng)用增加的亞松馳迭代時,具體介紹如下:
對于相對簡單的問題(如:沒有附加模型激活的層流流動),其收斂性已經(jīng)被壓力速度耦合所限制,你通?？梢杂肧IMPLEC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,在有些問題中,將壓力校正松弛因子增加到1.0可能會導(dǎo)致不穩(wěn)定。
對于所有的過渡流動計算,強烈推薦使用PISO算法鄰近校正。它允許你使用大的時間步,而且對于動量和壓力都可以使用亞松馳因子1.0。對于定常狀態(tài)問題,具有鄰近校正的PISO并不會比具有較好的亞松馳因子的SIMPLE或SIMPLEC好。對于具有較大扭曲網(wǎng)格上的定常狀態(tài)和過渡計算推薦使用PISO傾斜校正。
當你使用PISO鄰近校正時,對所有方程都推薦使用亞松馳因子為1.0或者接近1.0。如果你只對高度扭曲的網(wǎng)格使用PISO傾斜校正,請設(shè)定動量和壓力的亞松馳因子之和為1.0比如:壓力亞松馳因子0.3,動量亞松馳因子0.7)。如果你同時使用PISO的兩種校正方法,推薦參閱PISO鄰近校正中所用的方法
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壓力插值方式的列表只在使用Pressure-based求解器中出現(xiàn)。一般情況下可選擇Standard;對于含有高回旋數(shù)的流動,高 Rayleigh數(shù)的自然對流,高速旋轉(zhuǎn)流動,多孔介質(zhì)流動,高曲率計算區(qū)域等流動情況,選擇PRESTO格式;對于可壓縮流動,選擇Second Order;當然也可以選擇Second Order以提高精度;對于含有大體力的流動,選擇Body Force Weighted。
注意:Second Order格式不可以用于多孔介質(zhì);在使用VOF和Mixture多相流模型時,只能使用PRESTO或Body Force Weighted格式。
關(guān)于壓力插值格式的詳細內(nèi)容,請參考Fluent用戶手冊。
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由于回答之中包含一些參數(shù)的計算公式,為了更好地解釋這個問題,請參考附件中的文檔,文檔取自流體中文網(wǎng)翻譯整理的《FLUENT全攻略》,在此表示感謝。
邊界條件中湍流參數(shù)的定義:參考 http://vdisk.weibo.com/s/C7hvUNF3_fBV-
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在2D中,FLUENT 可以使用三角形和四邊形單元以及它們的混合單元所構(gòu)成的網(wǎng)格。在3D中,它可以使用四面體,六面體,棱錐,和楔形單元所構(gòu)成的網(wǎng)格。選擇那種類型的單元取決于你的應(yīng)用。當選擇網(wǎng)格類型的時候,應(yīng)當考慮以下問題:
1.設(shè)置時間
2.計算成本
3.數(shù)值耗散
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編譯型UDF:
采用與FLUENT
編譯型UDF
采用與FLUENT
編譯型UDF
解釋型UDF:
解釋型UDF
在FLUENT內(nèi)部,源代碼通過c
解釋型UDF
goto
解釋型UDF與編譯型UDF的區(qū)別:
在解釋型與編譯型UDF
在解釋型與編譯型UDF
總結(jié)一下,當選擇寫解釋型或者編譯型UDF時,記住以下幾條:
解釋型UDF:對別的運行系統(tǒng)是可移植的,可以作為編譯型運行,不需要c
編譯型UDF:運行要快于解釋型UDF,對C
總之,當決定哪一類型的udf
對小的,直接的函數(shù)用解釋型;對復(fù)雜函數(shù)使用編譯型。
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不準確的標準是什么?沒有判斷標準就沒辦法判斷。一般來說fluent計算馬赫數(shù)大于3~5之后就不是很理想了(不過相信版本越新結(jié)果越好)。計算的時候 應(yīng)該從低馬赫數(shù)慢慢往上算。比如說如果計算馬赫數(shù)是5的話,就在馬赫數(shù)4的計算結(jié)果上算。另外,求解器需選擇耦合和顯式的。(對于6.3來說,選擇基于密 度的求解器)
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如果這個問題對于某個人經(jīng)常出現(xiàn)的話,那就比較奇怪了,阻力是負值,難道就是傳說中的前緣吸力現(xiàn)身?呵呵,只是開個玩笑:),估計肯定是計算錯了或者是設(shè)置錯了。在飛機翼型氣動里面,阻力主要有兩種成份:壓差阻力和摩擦阻力。應(yīng)該是正值的。
排除是計算過程的其他問題,我覺得在使用Fluent進行這方面的計算時,需要注意兩個方面:
1.參考值的設(shè)置,也就是Report->Reference Values...
這些參考值,是用來計算Re,以及升力,阻力,力矩系數(shù)所要用到的。如果設(shè)置不當,即使計算過程是對的,所得到的升阻力等系數(shù)也是不對的。對于2D翼型仿真計算,比較容易出錯的就是里面的Area該寫什么,單位是平方米,這里應(yīng)該填寫翼型的弦長(Chord Length),The area here is actually area per unit depth;就是每單位展長的面積。
2.在監(jiān)視力的時候,關(guān)于力的矢量方向設(shè)置,Solve->Monitor->Force...
這 個矢量方向千萬不要小看,不能填錯,填錯了就可能出現(xiàn)阻力是負值的錯誤,Fluent之前的版本所附帶的例子,關(guān)于NACA0012翼型的計算中,這里的 矢量就設(shè)置錯了,受錯誤例子的影響,韓占忠那本書中三角形翼型的那個例子也設(shè)置錯誤,在書的第112頁的第6步的第(7)小步就設(shè)置錯誤,升力系數(shù)的力方 向矢量,應(yīng)該是X=-0.087155,Y=0.996195;前面他也寫到要注意:要確保阻力和升力分別與來流平行和垂直,那么這兩個力矢量肯定是垂直的了,那么這兩個矢量的點乘就肯定等于零了;所幸的是,在Fluent6.3版本的例子中,這個錯誤已經(jīng)改正過來了。
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一般來說,按照1000個節(jié)點對1MB內(nèi)存這樣預(yù)估就差不多了,只計算穩(wěn)態(tài)流動,pc機應(yīng)該差不多了,不過因為一般的pc機可能在連續(xù)計算5、6天之后就出現(xiàn)浮點運算錯誤,所以如果計算不是很復(fù)雜,采用的求解器和湍流模型不是太好計算資源,應(yīng)該還是可以的。
如果使用pc機計算,建議至少采用2GB內(nèi)存,主板最好固態(tài)電容,不易爆漿,電源最好功率大典,應(yīng)該差不多了,現(xiàn)在流行四核cpu的,可以考慮使用四核的,這樣的配置下來也不比服務(wù)器差多少。
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autocad需要將圖形轉(zhuǎn)化為sat格式,pro/e可以將文件轉(zhuǎn)化為igse或者stp格式。在fluent的flie/export 中可以選擇導(dǎo)出ansys格式的文件
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這是流場的壓力梯度較大,Fluent自身逐步降低時間步長,防止計算發(fā)散。我一般的處理辦法是:先將邊界條件上的壓力設(shè)置較低點,使得壓力梯度較小一點,等到收斂的感覺差不多,在這個基礎(chǔ)上,逐漸把壓力增大,這樣就不容易發(fā)散。
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直接邊界面定義為interior即可
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Error message from
graphics function Show_Selection_Source:
Can't 'Show' - the 'locater' has been deleted
這樣有什么問題呢?
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請參考第16題答案。將兩種網(wǎng)格交界的地方設(shè)置成一對interface即可。
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define/matirial 中定義?？勺兠芏鹊牟豢蓧嚎s流動,就是說在該流動下,流體介質(zhì)的密度可以認為不變。比如說空氣在流速在0.3馬赫的情況下都可以認為是密度不變的
101
在gambit中的geometr-〉vortex->summarize vortices即可顯示點的坐標。
102
DirectX 控制面板中的“加速”功能禁用即可
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當然可以同時設(shè)置進口和出口都為壓力的邊界條件。如果沒有收斂,需要首先看看求解器、湍流模型、氣體性質(zhì)和邊界條件時有沒有出現(xiàn)warning;其次,還是我上邊的帖子所說的,對于可壓流動,采用壓力邊界條件,不能一下把壓力和溫度加到所需值,應(yīng)該首先設(shè)置較低的壓力或溫度,然后逐漸增大,最后達到自己所需的值。
104 在FLUENT計算時,有時候計算時間會特別長,為了避免斷電或其它情況影響計算,應(yīng)設(shè)置自動保存功能,如何設(shè)置自動保存功能?在非定常計算中讀入自動保存文件時如下出現(xiàn)問題:
Writing "F:propane16160575.cas"...
Error: sopenoutputfile&: unable to open file for output
Error Object: "F:propane16160575.cas"
Error: Error writing "F:propane16160575.cas".
Error Object: #f
非定常的,算了一段之后停下來,改天繼續(xù)算的時候,自動保存的時候出現(xiàn)問題,請問如何解決?
File->write->Autosave就可以實現(xiàn)自動保存,自動保存的是date文件阿,你的怎么是CASE文件?
105
將這一對接觸面設(shè)置成Interface就行了,具體請參考第47題的解答。
108
首先點開GAMBIT的EDIT菜單,其次點GRAPHICS,在下拉列表中點到 WINDOWS BACKGROUND COLOR BLACK 一項
110
report/force/moment 定義需要計算的面和旋轉(zhuǎn)中心就ok了
111
對于這個問題,你可以嘗試一下:Operation--->Tools--->Coordinate System--->Activate Coordinate System.
113
好像非穩(wěn)態(tài)不存在收斂這個概念吧。(除非是雙時間推進中)
116
將其中一個導(dǎo)出成iges或者別的格式,然后就能和dbs一起導(dǎo)入了
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121
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因為沒有選擇求解器為fluent 5/6
132
134-141 (#27)
134 Tecplot數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)是什么樣的?
135 Tecplot怎樣創(chuàng)建等高圖?
136 怎樣用Tecplot創(chuàng)建切片圖?
137 怎樣用Tecplot創(chuàng)建有影等高圖?
138 怎樣用Tecplot創(chuàng)建流線圖?
139 怎樣用Tecplot創(chuàng)建向量圖?
140 怎樣用Tecplot創(chuàng)建動畫?
141 怎樣用Tecplot創(chuàng)建X-Y圖?
154
155如何區(qū)分層流和紊流? 以什么為標準來區(qū)分呢?從層流過渡到紊流的標準是什么?
答:自然界中的流體流動狀態(tài)主要有兩種形式,即層流laminar和湍流(就是問題中所說的紊流)turbulence.層流是指流體在流動過程中兩層之間沒有相互混滲,而湍流是指流體不是處于分層流動狀態(tài)。
對于圓管內(nèi)流動,雷諾數(shù)小于等于2300,管流一定為層流,雷諾數(shù)大于等于8000到12000之間,管流一定為湍流,雷諾數(shù)大于2300而小于8000時,流動處于層流與湍流的過渡區(qū)。
對于一般流動,在計算雷諾數(shù)時,可以用水力半徑代替管徑。
157
要把輸入法調(diào)到英文輸入狀態(tài)
158
1、在Gambit建模過程中出現(xiàn)界面突然跳出,并且下次運行Gambit時,界面調(diào)不出來,這時只需刪去gambit工作目錄下的(默認的工作目錄為FLUENT.INCntbinntx86)后綴為*.lok的文件,就會恢復(fù)正常。
2、出錯信息“IDENTIFIER "default_id" CURRENTLY OPEN”,Gambit的缺省文件已經(jīng)打開,gambit運行失敗,到用戶默認目錄刪default_id.*等文件。
3、出錯信息“unable find Exceed X Server ”
159
找到桌面上的Fluent或者Gambit圖標,右鍵圖標,“屬性”->"起始位置”...
將起始位置設(shè)置為你想要的文件夾目錄就可以了。
這種設(shè)置對于Fluent有效,但有時對Gambit無效,不知道是什么原因。
160
在計算過程中其他指數(shù)都收斂了,就continuity不收斂,這種情況一般出現(xiàn)在多相流中,在初始化設(shè)置中,可能把上次計算結(jié)果的進口參數(shù)作為初始化設(shè)置,可以加快continuity的收斂,不過更重要的是改進網(wǎng)格質(zhì)量。
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