Fluent中加快计算的小技巧
2016-11-23 by:CAE仿真在线 来源:互联网
CFD计算最后都要转化为矩阵的计算,带状矩阵带宽较小,矩阵想成等计算时速度就会越快。Fluent中提供了一种Reorder工具,把矩阵中元素重新排序,把零元素集中,从而减少矩阵带宽。其排序方法是经典的Cuthill-McKee方法(如图1所示),很有效。迭代的过程实际上是消除误差的过程,同一层网格上的高频误差消除速度快,而低频误差消除速度慢,但是较密网格上的低频误差相当于较梳网格上的高频误差。因此就出现了多重网格算法(Multigrid Method),先在原始较密的网格上迭代,然后将较密的网格聚合成较梳的网格,再在这个较梳的网格上迭代,然后把解在传递会原始网格上。网格层数可以有多层,解的传递也可以有多种方式,既有“W”方式,也有“V”方式。通过这种方式可以大大加快计算速度,在Fluent中只有基于密度的显示算法提供了多重网格该算法。多重网格算法完全由求解器自动运行,不需要人工变化网格。更多的细节可以参考Fluent软件用户手册。理论上,定常问题的初始解可以任意给定。但是初值的好坏影响解的过程,尤其是对计算速度的影响很大,甚至影响计算能否收敛的问题。因此提供一个好的初值就可以加快计算速度。不同的问题可以有不同的手段来提供好的初始值,比如弯管问题,如图2所示,指定A的初始速度向左而B区的初始速度向上,这将比所有区域的速度都指定为一个方向要好的多。对于复杂的问题,可以先计算简单问题,将简单问题的解作为复杂问题的初始解来计算,如表1所示:对上表仔细体会,可以把此思想扩展到其它问题。比如喷管进口压力很大,而出口压力相对较小,此类问题很难一次初始化后收敛,可以考虑先提高出口边界压力,待计算近似收敛后,再一步一步降低出口压力直达到真实值。航空发动机中的压气机计算时,如果把真实的出口压力直接赋在出口边界上时,经常会导致返流,很难收敛,此时可以先降低出口压力计算,待近似收敛后再逐步提高出口压力直到真实值。松弛因子取值范围0~1,基于密度的显示解算器的Courant数取值0~2,基于密度计的隐式计算器的Courant数可以去任意值。松弛因子与Courant数越大收敛速度越快,也越容易不稳定导致发散。因此在解得初始阶段可以降低松弛因子与Courant数的取值,待计算基本稳定后调大取值。一阶离散格式计算速度快、容易稳定但计算精度低,而二阶格式计算速度慢不容易稳定,但是计算精度高。因此为了提高计算精度,可以先进行一阶计算,待稳定后在提高到二阶。对于多级压气机计算问题,出口压力边界值经常远大于进口压力值,在初始计算时经常会在此出现返流现象,计算不稳定且速度缓慢。对于这类出口有返流的问题,可以先把出口压力降低,待流场建立起来之后,再逐步回调到正常压力,从而使计算压力稳定且速度快。有些问题进出口压力比值较大,如果直接以进口条件做初场计算很容易发散或者计算速度很慢。这时可以将出口压力调高,待流场稳定后在逐步降低出口压力,很快收敛。上述加快计算的小技巧经常需要联合匹配使用,同时需要在实际应用中多加总结。
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