Fluent經(jīng)典問(wèn)題答疑

2017-01-11 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

8 什么叫邊界條件?有何物理意義?它與初始條件有什么關(guān)系?

邊界條件與初始條件是控制方程有確定解的前提。

邊界條件是在求解區(qū)域的邊界上所求解的變量或其導(dǎo)數(shù)隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化規(guī)律。對(duì)于任何問(wèn)題,都需要給定邊界條件。

初始條件是所研究對(duì)象在過(guò)程開(kāi)始時(shí)刻各個(gè)求解變量的空間分布情況,對(duì)于瞬態(tài)問(wèn)題,必須給定初始條件,穩(wěn)態(tài)問(wèn)題,則不用給定。對(duì)于邊界條件與初始條件的處理,直接影響計(jì)算結(jié)果的精度。

在瞬態(tài)問(wèn)題中,給定初始條件時(shí)要注意的是:要針對(duì)所有計(jì)算變量,給定整個(gè)計(jì)算域內(nèi)各單元的初始條件;初始條件一定是物理上合理的,要靠經(jīng)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)結(jié)果確定。

10 在數(shù)值計(jì)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?

很多描述物理問(wèn)題的控制方程最終就可以歸結(jié)為偏微分方程,描述流動(dòng)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(shí)間無(wú)關(guān),且是空間內(nèi)的閉區(qū)域,故又稱(chēng)為邊值問(wèn)題),雙曲型(步進(jìn)問(wèn)題,但依賴(lài)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(lái)說(shuō),解的分布與瞬時(shí)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(chēng)為初邊值問(wèn)題);

從物理角度,一般將方程分為平衡問(wèn)題(或穩(wěn)態(tài)問(wèn)題),時(shí)間步進(jìn)問(wèn)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(wèn)題(或穩(wěn)態(tài)問(wèn)題),雙曲型和拋物型方程描述的一般是步進(jìn)問(wèn)題。

至于具體的分類(lèi)方法,可以參考一般的偏微分方程專(zhuān)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(lèi),可以參考張涵信院士編寫(xiě)《計(jì)算流體力學(xué)—差分方法的原理與應(yīng)用》里面講的相當(dāng)詳細(xì)。

三種類(lèi)型偏微分方程的基本差別如下:

1)三種類(lèi)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(duì)定解條件有不同的提法;

2)三種類(lèi)型偏微分方程解的光滑性不同,對(duì)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(duì)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(chǎng)中的激波),即解的一階導(dǎo)數(shù)可以不連續(xù),所以對(duì)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(lèi)型偏微分方程的影響區(qū)域和依賴(lài)區(qū)域不一樣。

在雙曲型和拋物型方程所控制的流場(chǎng)中,某一點(diǎn)的影響區(qū)域是有界的,可采用步進(jìn)求解。如對(duì)雙曲型方程求解時(shí),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(chǎng),必須全場(chǎng)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(jì)算等書(shū)籍

個(gè)人看法:理解偏微分方程所屬類(lèi)別,對(duì)于選擇合適的方法、正確處理邊界條件等有一定的幫助,但是不建議在這方面花費(fèi)太多時(shí)間,開(kāi)始看不懂沒(méi)關(guān)系,先學(xué)習(xí)著,以后回頭再看會(huì)有新的理解。

13 在GAMBIT中顯示的“check”主要通過(guò)哪幾種來(lái)判斷其網(wǎng)格的質(zhì)量?及其在做網(wǎng)格時(shí)大致注意到哪些細(xì)節(jié)?

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(zhǎng)寬比,不同的網(wǎng)格單元有不同的計(jì)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(guò)5:1.

Diagonal Ratio對(duì)角線之比,僅適用于四邊形和六面體單元,默認(rèn)是大于或等于1的,該值越高,說(shuō)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(zhǎng)邊與最短邊長(zhǎng)度之比,大于或等于1,最好等于1,解釋同上。

EquiAngle Skew通過(guò)單元夾角計(jì)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(guò)單元大小計(jì)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?xún)?nèi),3D單元在0.4以?xún)?nèi)。

MidAngle Skew通過(guò)單元邊中點(diǎn)連線夾角計(jì)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?xún)?nèi)。

Stretch伸展度。通過(guò)單元的對(duì)角線長(zhǎng)度與邊長(zhǎng)計(jì)算出來(lái)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(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)負(fù)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(duì)Gambit幫助文件的簡(jiǎn)單歸納,不同的軟件有不同的評(píng)價(jià)單元質(zhì)量的指標(biāo),使用時(shí)最好仔細(xì)閱讀幫助文件。

另外,在Fluent中的窗口鍵入:grid quality 然后回車(chē),Fluent能檢查網(wǎng)格的質(zhì)量,主要有以下三個(gè)指標(biāo):

1.Maxium cell squish: 如果該值等于1,表示得到了很壞的單元;

2.Maxium cell skewness: 該值在0到1之間,0表示最好,1表示最壞;

3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好。

以上的一些只是簡(jiǎn)略提要,具體的請(qǐng)參考相關(guān)資料。

個(gè)人看法:不管有多少參考書(shū),最詳細(xì)的還是要看軟件的幫助文檔和例子。

18 在設(shè)置GAMBIT邊界層類(lèi)型時(shí)需要注意的幾個(gè)問(wèn)題:a、沒(méi)有定義的邊界線如何處理?b、計(jì)算域內(nèi)的內(nèi)部邊界如何處理(2D)?

gambit默認(rèn)為wall,一般情況下可以到fluent再修改邊界類(lèi)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.

19 為何在劃分網(wǎng)格后,還要指定邊界類(lèi)型和區(qū)域類(lèi)型?常用的邊界類(lèi)型和區(qū)域類(lèi)型有哪些?

要得到一個(gè)問(wèn)題的定解就需要有定解條件,而邊界條件就屬于定解條件。也就是說(shuō)邊界條件確定了結(jié)果。不同的流體介質(zhì)有不同的物理屬性,也就會(huì)得到不同的結(jié)果,所以必須指定區(qū)域類(lèi)型。對(duì)于gambit來(lái)說(shuō),默認(rèn)的區(qū)域類(lèi)型是fluid,所以一般情況下不需要再指定了。

20 何為流體區(qū)域(fluid zone)和固體區(qū)域(solid zone)?為什么要使用區(qū)域的概念?FLUENT是怎樣使用區(qū)域的?

Fluid Zone是一個(gè)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(jìn)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(lèi)型。對(duì)于當(dāng)前材料列表中沒(méi)有的材料,需要用戶(hù)自行定義。注意,多孔介質(zhì)也當(dāng)作流體區(qū)域?qū)Υ?/span>

Solid Zone也是一個(gè)單元組,只不過(guò)這組單元僅用來(lái)進(jìn)行傳熱計(jì)算,不進(jìn)行任何的流動(dòng)計(jì)算。作為固體處理的材料可能事實(shí)上是流體,但是假定其中沒(méi)有對(duì)流發(fā)生,固體區(qū)域僅需要輸入材料類(lèi)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;

21 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?

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。

怎樣判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂?

1)觀察點(diǎn)處的值不再隨計(jì)算步驟的增加而變化;

2)各個(gè)參數(shù)的殘差隨計(jì)算步數(shù)的增加而降低,最后趨于平緩;

3)要滿(mǎn)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(mǎn)足了,也并不表示已經(jīng)得到合理的收斂解了,因?yàn)?如果松弛因子設(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(mǎn)足。此時(shí)就要再看第三個(gè)判據(jù)了。

還需要說(shuō)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(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)算的殘差很大,但結(jié)果也許是好的,關(guān)鍵是要看計(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。比如說(shuō)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,為什么呢,因?yàn)榇蠊ソ窍聦?shí)際流動(dòng)情形就是這樣的,不斷有渦的周期性脫落,流場(chǎng)本身就是非定常的,所以解也是波動(dòng)的,處理的時(shí)候取平均就可以呢:)

個(gè)人看法:大方向如上面所說(shuō),具體問(wèn)題還要多做、多體會(huì),經(jīng)驗(yàn)很重要。

22 什么叫松弛因子?松弛因子對(duì)計(jì)算結(jié)果有什么樣的影響?它對(duì)計(jì)算的收斂情況又有什么樣的影響?

網(wǎng)上回答:

1)亞松馳(Under Relaxation):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(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(lái)實(shí)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(jiǎn)單的形式為:單元內(nèi)變量等于原來(lái)的值加上亞松馳因子a與變化的積, 分離解算器使用亞松馳來(lái)控制每一步迭代中的計(jì)算變量的更新。這就意味著使用分離解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他標(biāo)量)都會(huì)有一個(gè)相關(guān)的亞松馳因子。在FLUENT中,所有變量的默認(rèn)亞松馳因子都是對(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,但是對(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),你就需要減小亞松馳因子。有時(shí)候,如果發(fā)現(xiàn)殘差開(kāi)始增加,可以改變亞松馳因子重新計(jì)算。在亞松馳因子過(guò)大時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)這種情況。最為安全的方法就是在對(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)。最典型的情況是,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)你就需要考慮停止計(jì)算并回到最后保存的較好的數(shù)據(jù)文件。注意:粘性和密度的亞松馳是在每一次迭代之間的。而且,如果直接解焓方程而不是溫度方程(即:對(duì)PDF計(jì)算),基于焓的溫度的更新是要進(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)散你就需要減小默認(rèn)的亞松弛因子了,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(所用的亞松弛因子小于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。你可以將松弛因子設(shè)為0.8以使得收斂更容易。

SIMPLE與SIMPLEC比較:

在FLUENT中,可以使用標(biāo)準(zhǔn)SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默認(rèn)是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,你通常可以用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,在有些問(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)于定常狀態(tài)問(wèn)題,具有鄰近校正的PISO并不會(huì)比具有較好的亞松馳因子的SIMPLE或SIMPLEC好。對(duì)于具有較大扭曲網(wǎng)格上的定常狀態(tài)和過(guò)渡計(jì)算推薦使用PISO傾斜校正。當(dāng)你使用PISO鄰近校正時(shí),對(duì)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(duì)高度扭曲的網(wǎng)格使用PISO傾斜校正,請(qǐng)?jiān)O(shè)定動(dòng)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(dòng)量亞松馳因子0.7)。如果你同時(shí)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。

個(gè)人看法:該問(wèn)題的解釋很詳盡,讓我受益不少,但是具體的問(wèn)題還是要經(jīng)歷真正的計(jì)算才有體會(huì)。

23 在FLUENT運(yùn)行過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“turbulence viscous rate”超過(guò)了極限值,此時(shí)如何解決?而這里的極限值指的是什么值?修正后它對(duì)計(jì)算結(jié)果有何影響?

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 boundary conditions.

3)Not supplying good initial values for turbulent quantities.

出現(xiàn)這個(gè)警告,一般來(lái)講,最可能的就是網(wǎng)格質(zhì)量的問(wèn)題,尤其是Y+值的問(wèn)題;在劃分網(wǎng)格的時(shí)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(lái)計(jì)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(wèn)題,可參見(jiàn)流體中文網(wǎng)相關(guān)帖子。

24 在FLUENT運(yùn)行計(jì)算時(shí),為什么有時(shí)候總是出現(xiàn)“reversed flow”?其具體意義是什么?有沒(méi)有辦法避免?如果一直這樣顯示,它對(duì)最終的計(jì)算結(jié)果有什么樣的影響?

網(wǎng)上回答:
這個(gè)問(wèn)題的意思是出現(xiàn)了回流,這個(gè)問(wèn)題相對(duì)于湍流粘性比的警告要寬松一些,有些case可能只在計(jì)算的開(kāi)始階段出現(xiàn)這個(gè)警告,隨著迭代的計(jì)算,可能會(huì)消失,如果計(jì)算一段時(shí)間之后,警告消失了,那么對(duì)計(jì)算結(jié)果是沒(méi)有什么影響的,如果這個(gè)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(gè)警告的原因可能是邊界條件取得距離物體不夠遠(yuǎn),如果邊界條件取的足夠遠(yuǎn),該處可能在計(jì)算的過(guò)程中的確存在回流現(xiàn)象;對(duì)于可壓縮流動(dòng),邊界最好取在10倍的物體特征長(zhǎng)度之處;對(duì)于不可壓縮流動(dòng),邊界最好取在4倍的物體特征長(zhǎng)度之處。

2)如果出現(xiàn)了這個(gè)警告,不論對(duì)于外部繞流還是內(nèi)部流動(dòng),可以使用pressure-outlet邊界條件代替outflow邊界條件改善這個(gè)問(wèn)題。

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(yùn)輸運(yùn)方程方法 (PDF方法)是近年來(lái)逐步建立起來(lái)的描述湍流兩相流動(dòng)的新模型方法。所謂的概率密度函數(shù)(Probability Density Function,簡(jiǎn)稱(chēng)PDF)方法是基于湍流場(chǎng)隨機(jī)性和概率統(tǒng)計(jì)描述,將流場(chǎng)的速度、溫度和組分濃度等特征量作為隨機(jī)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(xì)觀模擬之間,是從隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的分子動(dòng)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(shí)質(zhì)上是溝通E-L模型和E-E模型的橋梁,可以用顆粒運(yùn)動(dòng)的拉氏分析通過(guò)統(tǒng)計(jì)理論,即PDF方程的積分建立封閉的E-E兩相湍流模型。

非預(yù)混湍流燃燒過(guò)程的正確模擬要求同時(shí)模擬混合和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。FLUENT 提供了四種反應(yīng)模擬方法:即有限率反應(yīng)法、混合分?jǐn)?shù)PDF 法、不平衡(火焰微元)法和預(yù)混燃燒法?；鹧嫖⒃ㄊ腔旌戏?jǐn)?shù)PDF 方法的一種特例。該方法是基于不平衡反應(yīng)的,混合分?jǐn)?shù)PDF 法不能模擬的不平衡現(xiàn)象如火焰的懸舉和熄滅,NOx 的形成等都可用該方法模擬。但由于該方法還未完善,在FLUENT 只能適用于絕熱模型。

對(duì)許多燃燒系統(tǒng),輻射式主要的能量傳輸方式,因此在模擬燃燒系統(tǒng)時(shí),對(duì)輻射能量的傳輸?shù)哪M也是非常重要的。在FLUENT 中,對(duì)于模擬該過(guò)程的模型也是非常全面的。包括DTRM、P-1、Rosseland、DO 輻射模型,還有用WSGG 模型來(lái)模擬吸收系數(shù)。

30 FLUENT運(yùn)行過(guò)程中,出現(xiàn)殘差曲線震蕩是怎么回事?如何解決殘差震蕩的問(wèn)題?殘差震蕩對(duì)計(jì)算收斂性和計(jì)算結(jié)果有什么影響?在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)候,開(kāi)始?xì)埐罹€是一直下降的,可是到后來(lái)各種殘差線都顯示為波形波動(dòng),是不是不收斂?

1)殘差波動(dòng)的主要原因:高精度格式;網(wǎng)格太粗;網(wǎng)格質(zhì)量差;流場(chǎng)本身邊界復(fù)雜,流動(dòng)復(fù)雜;模型的不恰當(dāng)使用。

有些復(fù)雜或流動(dòng)環(huán)境惡劣情形下確實(shí)很難收斂。計(jì)算的精度(2 階),網(wǎng)格太疏,網(wǎng)格質(zhì)量太差,等都會(huì)使殘差波動(dòng)。經(jīng)常遇到,一開(kāi)始下降,然后出現(xiàn)波動(dòng),可以降低松弛系數(shù),我的問(wèn)題就能收斂,但如果網(wǎng)格質(zhì)量不好,是很難的。通常,計(jì)算非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,如果問(wèn)題比較復(fù)雜,會(huì)出現(xiàn)這種情況,建議作網(wǎng)格時(shí)多下些功夫。理論上說(shuō),殘差的震蕩是數(shù)值迭代在計(jì)算域內(nèi)傳遞遭遇障礙物反射形成周期震蕩導(dǎo)致的結(jié)果,與網(wǎng)格亞尺度雷諾數(shù)有關(guān)。例如,通常壓力邊界是主要的反射源,換成OUTFLOW 邊界會(huì)好些。這主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷。所以說(shuō)網(wǎng)格和邊界條件是主要因素。

2)(1)網(wǎng)格問(wèn)題:比如流場(chǎng)內(nèi)部存在尖點(diǎn)等突變,導(dǎo)致網(wǎng)格在局部質(zhì)量存在問(wèn)題,影響收斂。

(2)可以調(diào)整一下courant number,courant number實(shí)際上是指時(shí)間步長(zhǎng)和空間步長(zhǎng)的相對(duì)關(guān)系,系統(tǒng)自動(dòng)減小courant數(shù),這種情況一般出現(xiàn)在存在尖銳外形的計(jì)算域,當(dāng)局部的流速過(guò)大或者壓差過(guò)大時(shí)出錯(cuò),把局部的網(wǎng)格加密再試一下。

在fluent中,用courant number來(lái)調(diào)節(jié)計(jì)算的穩(wěn)定性與收斂性。一般來(lái)說(shuō),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(wèn)題,在計(jì)算的過(guò)程中,最好是把courant number從小開(kāi)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(dāng)?shù)脑黾觕ourant number的大小,根據(jù)自己具體的問(wèn)題,找出一個(gè)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。

31 數(shù)值模擬過(guò)程中,什么情況下出現(xiàn)偽擴(kuò)散的情況?以及對(duì)于偽擴(kuò)散在數(shù)值模擬過(guò)程中如何避免?

假擴(kuò)散(false diffusion)的含義:

基本含義:由于對(duì)流—擴(kuò)散方程中一階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的離散格式的截?cái)嗾`差小于二階而引起較大數(shù)值計(jì)算誤差的現(xiàn)象。有的文獻(xiàn)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(jì)算誤差都?xì)w在假擴(kuò)散的名稱(chēng)下

1)非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)或?qū)α黜?xiàng)采用一階截差的格式;

2)流動(dòng)方向與網(wǎng)格線呈傾斜交叉(多維問(wèn)題);

3)建立差分格式時(shí)沒(méi)有考慮到非常數(shù)的源項(xiàng)的影響。

為克服或減輕數(shù)值計(jì)算中的假擴(kuò)散(包括流向擴(kuò)散及交叉擴(kuò)散)誤差,應(yīng)當(dāng):

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(shí)考慮到來(lái)流方向的影響。

3) 至于非常數(shù)源項(xiàng)的問(wèn)題,目前文獻(xiàn)中,還沒(méi)有為克服這種影響而專(zhuān)門(mén)構(gòu)造的格式,但是高階格式顯然對(duì)減輕其影響是有利的。

32 FLUENT輪廓(contour)顯示過(guò)程中,有時(shí)候標(biāo)準(zhǔn)輪廓線顯示通常不能精確地顯示其細(xì)節(jié),特別是對(duì)于封閉的3D物體(如柱體),其原因是什么?如何解決?

FLUENT等高線(contour)顯示過(guò)程中,可以通過(guò)調(diào)節(jié)顯示的水平等級(jí)來(lái)調(diào)節(jié)其顯示細(xì)節(jié),Levels...最大值允許設(shè)置為100.對(duì)于封閉的3D物體,可以通過(guò)建立Surface,監(jiān)視Surface上的量來(lái)顯示計(jì)算結(jié)果?；蛘哂?jì)算之后將結(jié)果導(dǎo)入到Tecplot中,作切片圖顯示

33 如果采用非穩(wěn)態(tài)計(jì)算完畢后,如何才能更形象地顯示出動(dòng)態(tài)的效果圖?

對(duì)于非定常計(jì)算,可以通過(guò)創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)來(lái)形象地顯示出動(dòng)態(tài)的效果圖。

Solve->Animate->Define...,具體操作請(qǐng)參考Fluent用戶(hù)手冊(cè)。

34 在FLUENT的學(xué)習(xí)過(guò)程中,通常會(huì)涉及幾個(gè)壓力的概念,比如壓力是相對(duì)值還是絕對(duì)值?參考?jí)毫τ泻巫饔?如何設(shè)置和利用它?
GAUGE PRESSURE 就是靜壓。
GAUGE total PRESSURE 是總壓。

這里需要強(qiáng)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(shí)際的靜壓Pinf。
GAUGE total PRESSURE 是實(shí)際的總壓Pt。如果INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零
GAUGE PRESSURE = Pinf - INITIAL Gauge PRESSURE GAUGE total PRESSURE = Pt - INITIAL Gauge PRESSURE

35 在FLUENT結(jié)果的后處理過(guò)程中,如何將美觀漂亮的定性分析的效果圖和定量分析示意圖插入到論文中來(lái)說(shuō)明問(wèn)題?

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(shí),首先激活效果圖監(jiān)視窗口,就是用鼠標(biāo)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(jì)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(gè)人感覺(jué)比Fluent得到的圖片美觀簡(jiǎn)潔大方。

61 FLUENT help和GAMBIT help能教會(huì)我們(特別是剛?cè)腴T(mén)的新手)學(xué)習(xí)什么基本知識(shí)?

可以了解其基本原理和基本的操作。不過(guò)我覺(jué)得對(duì)于新手熟悉軟件最好的還是tutorial guide
個(gè)人認(rèn)為:軟件的幫助文檔還是很有用的,無(wú)論對(duì)不初學(xué)者還是已經(jīng)相對(duì)熟練的“老手”都具有參考意義。

63 FLUENT模擬飛行器外部流場(chǎng),最高M(jìn)A多少時(shí)就不準(zhǔn)確了?MA達(dá)到一定的程度做模擬需注意哪些問(wèn)題?

不準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)是什么?沒(méi)有判斷標(biāo)準(zhǔn)就沒(méi)辦法判斷。一般來(lái)說(shuō)fluent計(jì)算馬赫數(shù)大于3-5之后就不是很理想了(不過(guò)相信版本越新結(jié)果越好)。計(jì)算的時(shí)候應(yīng)該從低馬赫數(shù)慢慢往上算。比如說(shuō)如果計(jì)算馬赫數(shù)是5的話,就在馬赫數(shù)4的計(jì)算結(jié)果上算,另外,求解器需選擇耦合和顯式的。(對(duì)于6.3來(lái)說(shuō),選擇基于密度的求解器)

68 做飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),經(jīng)常計(jì)算一些翼型,可是經(jīng)常出現(xiàn)計(jì)算出來(lái)的阻力是負(fù)值,出現(xiàn)負(fù)值究竟是什么原因,是網(wǎng)格的問(wèn)題還是計(jì)算參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題?

如果這個(gè)問(wèn)題對(duì)于某個(gè)人經(jīng)常出現(xiàn)的話,那就比較奇怪了,阻力是負(fù)值,難道就是傳說(shuō)中的前緣吸力現(xiàn)身?呵呵,只是開(kāi)個(gè)玩笑:),估計(jì)肯定是計(jì)算錯(cuò)了或者是設(shè)置錯(cuò)了。在飛機(jī)翼型氣動(dòng)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(jì)算過(guò)程的其他問(wèn)題,我覺(jué)得在使用Fluent進(jìn)行這方面的計(jì)算時(shí),需要注意兩個(gè)方面:

1)參考值的設(shè)置,也就是Report->Reference Values...

這些參考值,是用來(lái)計(jì)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(dāng),即使計(jì)算過(guò)程是對(duì)的,所得到的升阻力等系數(shù)也是不對(duì)的。對(duì)于2D翼型仿真計(jì)算,比較容易出錯(cuò)的就是里面的Area該寫(xiě)什么,單位是平方米,這里應(yīng)該填寫(xiě)翼型的弦長(zhǎng)(Chord Length),The area here is actually area per unit depth;就是每單位展長(zhǎng)的面積。

2)在監(jiān)視力的時(shí)候,關(guān)于力的矢量方向設(shè)置,Solve->Monitor->Force...

這個(gè)矢量方向千萬(wàn)不要小看,不能填錯(cuò),填錯(cuò)了就可能出現(xiàn)阻力是負(fù)值的錯(cuò)誤,Fluent之前的版本所附帶的例子,關(guān)于NACA0012翼型的計(jì)算中,這里的矢量就設(shè)置錯(cuò)了,受錯(cuò)誤例子的影響,韓占忠那本書(shū)中三角形翼型的那個(gè)例子也設(shè)置錯(cuò)誤,在書(shū)的第112頁(yè)的第6步的第(7)小步就設(shè)置錯(cuò)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(xiě)到要注意:要確保阻力和升力分別與來(lái)流平行和垂直,那么這兩個(gè)力矢量肯定是垂直的了,那么這兩個(gè)矢量的點(diǎn)乘就肯定等于零了;所幸的是,在Fluent6.3版本的例子中,這個(gè)錯(cuò)誤已經(jīng)改正過(guò)來(lái)了。

74 大概需要?jiǎng)澐?00萬(wàn)個(gè)左右的單元,且只計(jì)算穩(wěn)態(tài)流動(dòng),請(qǐng)問(wèn)這樣的問(wèn)題PC機(jī)上算的了嗎?如果能算至少需要怎樣的計(jì)算機(jī)配置呢?

一般來(lái)說(shuō),按照1000個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)1MB內(nèi)存這樣預(yù)估就差不多了,只計(jì)算穩(wěn)態(tài)流動(dòng),pc機(jī)應(yīng)該差不多了,不過(guò)因?yàn)橐话愕膒c機(jī)可能在連續(xù)計(jì)算5、6天之后就出現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算錯(cuò)誤,所以如果計(jì)算不是很復(fù)雜,采用的求解器和湍流模型不是太好計(jì)算資源,應(yīng)該還是可以的。

如果使用pc機(jī)計(jì)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(lái)也不比服務(wù)器差多少。

76 GAMBIT劃分三維網(wǎng)格后,怎樣知道結(jié)點(diǎn)數(shù)?如何知道總生成多少網(wǎng)格(整個(gè)模型)?

個(gè)人一般是將網(wǎng)格讀入fluent后,通過(guò)grid->info->size來(lái)看:)

77 在FLUENT的后處理中可以顯示一個(gè)管道的。某個(gè)標(biāo)量的。圓截面平均值沿管道軸線(中心線)的變化曲線嗎?何顯示空間某一點(diǎn)的數(shù)值呀(比如某一點(diǎn)溫度)?

先創(chuàng)建一條ling(中心線),然后在xyplot中生成曲線

80 如何在gambit中輸入cad和Pro/e的圖形?如何將FLUNET的結(jié)果EXPORT成ANSYS的文件?

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

81 入口和出口處的k和epsilon值怎么設(shè)置?

可參考陶文銓教授的《數(shù)值傳熱學(xué)》、《計(jì)算傳熱學(xué)的近代進(jìn)展》,里面有非常具體的介紹,且容易掌握和實(shí)施。

87 courant數(shù):在模擬高壓的流場(chǎng)的時(shí)候,迭代的時(shí)候總是自動(dòng)減小其數(shù)值,這是什么原因造成的,為什么?怎么修改?

這是流場(chǎng)的壓力梯度較大,Fluent自身逐步降低時(shí)間步長(zhǎng),防止計(jì)算發(fā)散。一般的處理辦法是:先將邊界條件上的壓力設(shè)置較低點(diǎn),使得壓力梯度較小一點(diǎn),等到收斂的感覺(jué)差不多,在這個(gè)基礎(chǔ)上,逐漸把壓力增大,這樣就不容易發(fā)散。

94 把帶網(wǎng)格的幾個(gè)volume,copy到另一處,但原來(lái)split的界面,現(xiàn)在都變成了wall,怎么才能把wall變成內(nèi)部流體呢?

直接邊界面定義為interior即可。

98 Gambit的網(wǎng)格相連問(wèn)題:如果物體是由兩個(gè)相連的模型所結(jié)合,一個(gè)的網(wǎng)格劃分比較密、另一個(gè)比較稀疏,用Gambit有辦法將兩個(gè)網(wǎng)格密度不同的物體,相連在一起嗎?

請(qǐng)參考第16題答案。將兩種網(wǎng)格交界的地方設(shè)置成一對(duì)interface即可。

100 在FLUENT里定義流體的密度時(shí),定義為不可壓理想流體是用在什么地方呀,講義上說(shuō)是用于可變密度的不可壓流動(dòng),不知如何理解?

define/matirial 中定義?？勺兠芏鹊牟豢蓧嚎s流動(dòng),就是說(shuō)在該流動(dòng)下,流體介質(zhì)的密度可以認(rèn)為不變。比如說(shuō)空氣在流速在0.3馬赫的情況下都可以認(rèn)為是密度不變的。

101 已經(jīng)建好的模型,想修改一些尺寸,但不知道頂點(diǎn)的座標(biāo),請(qǐng)問(wèn)如何在gambit中顯示點(diǎn)的座標(biāo)?

在gambit中的geometr-〉vortex->summarize vortices即可顯示點(diǎn)的坐標(biāo)。

102 在FLUENT模擬以后用display下的操作都無(wú)法顯示,不過(guò)剛開(kāi)始用的是好的,然后就不行了,為什么?

DirectX 控制面板中的“加速”功能禁用即可。

103 能否同時(shí)設(shè)置進(jìn)口和出口都為壓力的邊界條件?在這樣的邊界條件設(shè)置情況下發(fā)現(xiàn)沒(méi)有收斂,研究的物理模型只是知道進(jìn)口和出口的壓力,不知道怎么修改才能使其收斂?

當(dāng)然可以同時(shí)設(shè)置進(jìn)口和出口都為壓力的邊界條件。如果沒(méi)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(shí)有沒(méi)有出現(xiàn)warning;其次,還是我上邊的帖子所說(shuō)的,對(duì)于可壓流動(dòng),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(dá)到自己所需的值。

104 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?

在非定常計(jì)算中讀入自動(dòng)保存文件時(shí)如下出現(xiàn)問(wèn)題:

Writing "F:\propane\16\160575.cas"...
Error: sopenoutputfile&: unable to open file for output
Error Object: "F:\propane\16\160575.cas"
Error: Error writing "F:\propane\16\160575.cas".
Error Object: #f

非定常的,算了一段之后停下來(lái),改天繼續(xù)算的時(shí)候,自動(dòng)保存的時(shí)候出現(xiàn)問(wèn)題,請(qǐng)問(wèn)如何解決?

File->write->Autosave就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保存,自動(dòng)保存的是date文件阿,你的怎么是CASE文件?

105 gambit劃分時(shí)運(yùn)動(dòng)部分與靜止部分交接面:一個(gè)系統(tǒng)的兩塊,運(yùn)動(dòng)部分與靜止部分交接部分近似認(rèn)為沒(méi)有空隙(無(wú)限小,雖然實(shí)際上是不可能的),假設(shè)考慮做成一個(gè)實(shí)體,那么似乎要一起運(yùn)動(dòng)或靜止;假設(shè)分開(kāi)做成兩個(gè)實(shí)體,那么交接處的兩個(gè)不完全重合的面要設(shè)為WALL還是什么呢,設(shè)成WALL不就不能過(guò)流了嗎?

將這一對(duì)接觸面設(shè)置成Interface就行了,具體請(qǐng)參考第47題的解答。

108 想把gambit的圖形保存成圖片,可是底色怎么做成白色?
首先點(diǎn)開(kāi)GAMBIT的EDIT菜單,其次點(diǎn)GRAPHICS,在下拉列表中點(diǎn)到 WINDOWS BACKGROUND COLOR BLACK 一項(xiàng) 在下面VALUE 中填寫(xiě)WHITE,再點(diǎn)左面的MODIFY,就可以了。

110 在分析一個(gè)轉(zhuǎn)輪時(shí),想求得轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)矩,不知道fluent中有什么方法可以提供該數(shù)據(jù)。本來(lái)想到用葉片上面的壓力乘半徑,然后做積分運(yùn)算,但是由于葉片正反壁面統(tǒng)一定義的,即全部定義為wall-rn1,所以分不出方向來(lái)了。

report/force/moment 定義需要計(jì)算的面和旋轉(zhuǎn)中心就ok了。

111 如何在gambit中實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸的變換:有一個(gè)三維的網(wǎng)格,想在柱坐標(biāo)中實(shí)現(xiàn),可是gambit中一直顯示直角坐標(biāo)?

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,你可以嘗試一下:Operation--->Tools--->Coordinate System--->Activate Coordinate System.

113 利用vof非穩(wěn)態(tài)求解,結(jié)果明顯沒(méi)有收斂的情況下,為什么就開(kāi)始提示收斂,雖然可以不管它,繼續(xù)算下去達(dá)到收斂。但是求解怎么會(huì)提前收斂?

好像非穩(wěn)態(tài)不存在收斂這個(gè)概念吧。(除非是雙時(shí)間推進(jìn)中)

116 在Gambit中如何將兩個(gè)dbs文件到入:把爐膛分成了三個(gè)dbs文件,現(xiàn)在想導(dǎo)入兩個(gè)dbs文件,在Gambit中進(jìn)行操作,但好象使用open命令就只能open一個(gè)dbs文件,請(qǐng)問(wèn)這要怎么處理?

將其中一個(gè)導(dǎo)出成iges或者別的格式,然后就能和dbs一起導(dǎo)入了。

120 scale是把你所畫(huà)模型中的單位轉(zhuǎn)化為Fluent默認(rèn)的m,而unite是根據(jù)你自己的需要轉(zhuǎn)化單位,也就是把Fluent中默認(rèn)的m轉(zhuǎn)畫(huà)為其他的單位,兩中方法對(duì)計(jì)算沒(méi)有什么影響嗎?

scale是對(duì)幾何進(jìn)行比例縮放,而unit只是改變單位,不改變幾何外形的大小。比如,一個(gè)是1m的幾何外形,通過(guò)scale將m變?yōu)閙m,那么幾何外形就變成了1mm。如果通過(guò)unite將m改為mm,那么幾何外形不變,還是1000mm,只是表示的單位變成mm了。

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