fluent里的常见问题

2016-12-09 by:CAE仿真在线来源:互联网

1 什么叫松弛因子?松弛因子对计算结果有什么样的影响?它对计算的收敛情况又有什么样的影响?
1、亚松驰(Under Relaxation):所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减,以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时,为松驰因子(Relaxation Factors)。《数值传热学-214》
2、FLUENT中的亚松驰:由于FLUENT所解方程组的非线性,我们有必要控制的变化。一般用亚松驰方法来实现控制,该方法在每一部迭代中减少了的变化量。亚松驰最简单的形式为:单元内变量等于原来的值加上亚松驰因子a与变化的积, 分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。这就意味着使用分离解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他标量)都会有一个相关的亚松驰因子。在FLUENT中,所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题,但是对于一些特殊的非线性问题(如:某些湍流或者高Rayleigh数自然对流问题),在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过4到5步的迭代残差仍然增长,你就需要减小亚松驰因子。有时候,如果发现残差开始增加,你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件,并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是,亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加,但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。注意:粘性和密度的亚松驰是在每一次迭代之间的。而且,如果直接解焓方程而不是温度方程(即:对PDF计算),基于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值,你可以在解控制面板点击默认按钮。对于大多数流动,不需要修改默认亚松弛因子。但是,如果出现不稳定或者发散你就需要减小默认的亚松弛因子了,其中压力、动量、k和e的亚松弛因子默认值分别为0.2,0.5,0.5和0.5。对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问题中,如相当高的Rayleigh数的自然或混合对流流动,应该对温度和/或密度(所用的亚松弛因子小于1.0)进行亚松弛。相反,当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度是常数,温度的亚松弛因子可以设为1.0。对于其它的标量方程,如漩涡,组分,PDF变量,对于某些问题默认的亚松弛可能过大,尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为0.8以使得收敛更容易。
SIMPLE与SIMPLEC比较
在FLUENT中,可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默认是SIMPLE算法,但是对于许多问题如果使用SIMPLEC可能会得到更好的结果,尤其是可以应用增加的亚松驰迭代时,具体介绍如下:
对于相对简单的问题(如:没有附加模型激活的层流流动),其收敛性已经被压力速度耦合所限制,你通常可以用SIMPLEC算法很快得到收敛解。在SIMPLEC中,压力校正亚松驰因子通常设为1.0,它有助于收敛。但是,在有些问题中,将压力校正松弛因子增加到1.0可能会导致不稳定。对于所有的过渡流动计算,强烈推荐使用PISO算法邻近校正。它允许你使用大的时间步,而且对于动量和压力都可以使用亚松驰因子1.0。对于定常状态问题,具有邻近校正的PISO并不会比具有较好的亚松驰因子的SIMPLE或SIMPLEC好。对于具有较大扭曲网格上的定常状态和过渡计算推荐使用PISO倾斜校正。当你使用PISO邻近校正时,对所有方程都推荐使用亚松驰因子为1.0或者接近1.0。如果你只对高度扭曲的网格使用PISO倾斜校正,请设定动量和压力的亚松驰因子之和为1.0比如:压力亚松驰因子0.3,动量亚松驰因子0.7)。如果你同时使用PISO的两种校正方法,推荐参阅PISO邻近校正中所用的方法
2 在FLUENT运行过程中,经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值,此时如何解决?而这里的极限值指的是什么值?修正后它对计算结果有何影响
Let's take care of the warning "turbulentviscosity limited to viscosity ratio****" which is not physical. Thisproblem is mainly due to one of the following:
1)Poor mesh quality(i.e.,skewness > 0.85 forQuad/Hex, or skewness > 0.9 for Tri/Tetra elements). {what values do youhave?}
2)Use of improper turbulent boudary conditions.
3)Not supplying good initial values for turbulentquantities.
出现这个警告,一般来讲,最可能的就是网格质量的问题,尤其是Y+值的问题;在划分网格的时候要注意,第一层网格高度非常重要,可以使用NASA的Viscous Grid Space Calculator来计算第一层网格高度;如果这方面已经注意了,那就可能是边界条件中有关湍流量的设置问题,
3 在FLUENT运行计算时,为什么有时候总是出现“reversed flow”?其具体意义是什么?有没有办法避免?如果一直这样显示,它对最终的计算结果有什么样的影响?
这个问题的意思是出现了回流,这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些,有些case可能只在计算的开始阶段出现这个警告,随着迭代的计算,可能会消失,如果计算一段时间之后,警告消失了,那么对计算结果是没有什么影响的,如果这个警告一直存在,可能需要作以下处理:
1.如果是模拟外部绕流,出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远,如果边界条件取的足够远,该处可能在计算的过程中的确存在回流现象;对于可压缩流动,边界最好取在10倍的物体特征长度之处;对于不可压缩流动,边界最好取在4倍的物体特征长度之处。
2.如果出现了这个警告,不论对于外部绕流还是内部流动,可以使用pressure-outlet边界条件代替outflow边界条件改善这个问题。
4 什么叫问题的初始化?在FLUENT中初始化的方法对计算结果有什么样的影响?初始化中的“patch”怎么理解?
问题的初始化就是在做计算时,给流场一个初始值,包括压力、速度、温度和湍流系数等。理论上,给的初始场对最终结果不会产生影响,因为随着跌倒步数的增加,计算得到的流场会向真实的流场无限逼近,但是,由于Fluent等计算软件存在像离散格式精度(会产生离散误差)和截断误差等问题的限制,如果初始场给的过于偏离实际物理场,就会出现计算很难收敛,甚至是刚开始计算就发散的问题。因此,在初始化时,初值还是应该给的尽量符合实际物理现象。这就要求我们对要计算的物理场,有一个比较清楚的理解。
初始化中的patch就是对初始化的一种补充,比如当遇到多相流问题时,需要对各相的参数进行更细的限制,以最大限度接近现实物理场。这些就可以通过patch来实现,patch可以对流场分区进行初始化,还可以通过编写简单的函数来对特定区域初始化。
5 什么叫PDF方法?FLUENT中模拟煤粉燃烧的方法有哪些?
概率密度函数输运输运方程方法(PDF方法)是近年来逐步建立起来的描述湍流两相流动的新模型方法。所谓的概率密度函数(Probability Density Function,简称PDF)方法是基于湍流场随机性和概率统计描述,将流场的速度、温度和组分浓度等特征量作为随机变量,研究其概率密度函数在相空间的传递行为的研究方法。PDF模型介于统观模拟和细观模拟之间,是从随机运动的分子动力论和两相湍流的基本守恒定律出发,探讨两相湍流的规律,因此可作为发展双流体模型框架内两相湍流模型的理论基础。它实质上是沟通E-L模型和E-E模型的桥梁,可以用颗粒运动的拉氏分析通过统计理论,即PDF方程的积分建立封闭的E-E两相湍流模型
非预混湍流燃烧过程的正确模拟要求同时模拟混合和化学反应过程。FLUENT 提供了四种反应模拟方法:即有限率反应法、混合分数PDF 法、不平衡(火焰微元)法和预混燃烧法。火焰微元法是混合分数PDF 方法的一种特例。该方法是基于不平衡反应的,混合分数PDF 法不能模拟的不平衡现象如火焰的悬举和熄灭,NOx 的形成等都可用该方法模拟。但由于该方法还未完善,在FLUENT 只能适用于绝热模型。
对许多燃烧系统,辐射式主要的能量传输方式,因此在模拟燃烧系统时,对辐射能量的传输的模拟也是非常重要的。在FLUENT中,对于模拟该过程的模型也是非常全面的。包括DTRM、P-1、Rosseland、DO 辐射模型,还有用WSGG 模型来模拟吸收系数。
6 在FLUENT的学习过程中,通常会涉及几个压力的概念,比如压力是相对值还是绝对值?参考压力有何作用?如何设置和利用它?
GAUGE PRESSURE 就是静压。
GAUGE total PRESSURE 是总压。
这里需要强调一下 Gauge为名义值,
什么意思呢?如果, INITIAL Gauge PRESSURE =0
那么 GAUGE PRESSURE 就是实际的静压Pinf。
GAUGE total PRESSURE 是实际的总压Pt。
如果INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零
GAUGE PRESSURE = Pinf -INITIAL Gauge PRESSURE
GAUGE total PRESSURE = Pt -INITIAL Gauge PRESSURE
7 在FLUENT结果的后处理过程中,如何将美观漂亮的定性分析的效果图和定量分析示意图插入到论文中来说明问题?
三种方法来得到用于插入到论文的图片:
1.在Fluent中显示你想得到的效果图的窗口,可以直接在任务栏中右键该窗口将其复制到剪贴板,保存;或者打印到文件,保存。
2.在Fluent中,在你想要保存相关窗口的效果图时,首先激活效果图监视窗口,就是用鼠标左键监视窗口,然后在Fluent中操作,Fluent->File->Hardcopy...,选择好你想要的图片格式,然后就可以保存了。
3.将计算结果或者相关数据导入到Tecplot中,然后作出你想要的效果图,这种方法得出的图片,个人感觉比Fluent得到的图片美观简洁大方
8 在FLUENT定义速度入口时,速度入口的适用范围是什么?湍流参数的定义方法有哪些?各自有什么不同?
速度入口的边界条件适用于不可压流动,需要给定进口速度以及需要计算的所有标量值。速度入口边界条件不适合可压缩流动,否则入口边界条件会使入口处的总温或总压有一定的波动。
9 分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么?分析两种求解器在计算效率与精度方面的区别
分离式求解器以前主要用于不可压缩流动和微可压流动,而耦合式求解器用于高速可压流动。现在,两种求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围的流动,但总的来讲,当计算高速可压流动时,耦合式求解器比分离式求解器更有优势。
Fluent默认使用分离式求解器,但是,对于高速可压流动,由强体积力(如浮力或者旋转力)导致的强耦合流动,或者在非常精细的网格上求解的流动,需要考虑耦合式求解器。耦合式求解器耦合了流动和能量方程,常常很快便可以收敛。耦合式求解器所需要的内存约是分离式求解器的1.5到2倍,选择时可以根据这一情况来权衡利弊。在需要耦合隐式的时候,如果计算机内存不够,就可以采用分离式或耦合显式。耦合显式虽然也耦合了流动和能量方程,但是它还是比耦合隐式需要的内存少,当然它的收敛性也相应差一些。
需要注意的是,在分离式求解器中提供的几个物理模型,在耦合式求解器中是没有的。这些物理模型包括:流体体积模型(VOF),多项混合模型,欧拉混合模型,PDF燃烧模型,预混合燃烧模型,部分预混合燃烧模型,烟灰和NOx模型,Rosseland辐射模型,熔化和凝固等相变模型,指定质量流量的周期流动模型,周期性热传导模型和壳传导模型等。
而下列物理模型只在耦合式求解器中有效,在分离式求解器中无效:理想气体模型,用户定义的理想气体模型,NIST理想气体模型,非反射边界条件和用于层流火焰的化学模型。
10 FLUENT中常用的文件格式类型:dbs,msh,cas,dat,trn,jou,profile等有什么用处?
在Gambit目录中,有三个文件,分别是default_id.dbs,jou,trn文件,对Gambit运行save,将会在工作目录下保存这三个文件:default_id.dbs,default_id.jou,default_id.trn。
jou文件是gambit命令记录文件,可以通过运行jou文件来批处理gambit命令;
dbs文件是gambit默认的储存几何体和网格数据的文件;
trn文件是记录gambit命令显示窗(transcript)信息的文件;
msh文件可以在gambit划分网格和设置好边界条件之后export中选择msh文件输出格式,该文件可以被fluent求解器读取。
Case文件包括网格,边界条件,解的参数,用户界面和图形环境。
Data文件包含每个网格单元的流动值以及收敛的历史纪录(残差值)。Fluent自动保存文件类型,默认为date和case文件
Profile文件边界轮廓用于指定求解域的边界区域的流动条件。例如,它们可以用于指定入口平面的速度场。
读入轮廓文件,点击菜单File/Read/Profile...弹出选择文件对话框,你就可以读入边界轮廓文件了。
写入轮廓文件,你也可以在指定边界或者表面的条件上创建轮廓文件。例如:你可以在一个算例的出口条件中创建一个轮廓文件,然后在其它算例中读入该轮廓文件,并使用出口轮廓作为新算例的入口轮廓。要写一个轮廓文件,你需要使用Write Profile面板(Figure 1),菜单:File/Write/Profile
11 在计算区域内的某一个面(2D)或一个体(3D)内定义体积热源或组分质量源。如何把这个zone定义出来?而且这个zone仍然是流体流动的。
在gambit中先将需要的zone定义出来,对于要随流体流动我觉得这个可以用动网格来处理在动网格设置界面将这个随流体流动的zone设置成刚体这样既可以作为zone不影响流体流通也可以随流体流动只是其运动的udf不好定义最好根据其流动规律编动网格udf
12 如何选择单、双精度解算器的选择
Fluent的单双精度求解器适合于所有的计算平台,在大多数情况下,单精度求解器就能很好地满足计算精度要求,且计算量小。
但在有些情况下推荐使用双精度求解器:
1, 如果几何体包含完全不同的尺度特征(如一个长而壁薄的管),用双精度的;
2, 如果模型中存在通过小直径管道相连的多个封闭区域,不同区域之间存在很大的压差,用双精度。
3, 对于有较高的热传导率的问题或对于有较大的长宽比的网格,用双精度。