【小白的CFD之旅】14 实例反思【转发】

2017-01-18 by:CAE仿真在线来源:互联网

小白将敲门实例认真做了三遍,终于可以脱离文档直接将实例从头到尾的完成了。不过在做实例的过程中,小白还是发现了不少的问题。

这些问题包括:

实例是从导入网格文件开始的,这网格是什么鬼?
在Models节点中选择了Energe及Viscous模型,但是模型列表框中包含有很多种模型,在其他的问题中,到底应该选用何种模型?
案例中有很多节点没有进行任何设置,如Dynamics Mesh节点,那么什么时候该启用这些节点?
在Solution Methods设置面板中存在众多的离散方法,这些离散方法是什么鬼?在实际工程中该如何选择?
在进行计算之前,实例中进行了初始化,这初始化是什么鬼?有什么作用?
计算后处理中包含了众多菜单选项,应该怎么选择?
敲门案例做完了么?后面还有没有需要补充的内容?怎样才算完?
怎么去评价计算结果?如何知道算得对不对呢?

带着这些问题,小白又找到了黄师姐,但是不巧黄师姐有点事儿要出门,于是让小白找小牛师兄。
小牛师兄是一个很严肃的人,带着厚厚的眼镜坐在实验室靠窗的办公桌上,小白找到他时他正在草稿纸上埋首写着什么。
“牛师兄,早啊“,小牛打招呼道。
"嗯早,小白啊,找我有事么?”小牛师兄停下手中的事情,问小白。
小白将他的疑问说给小牛师兄听。小牛师兄听完后笑了。

“不错不错,做完案例后能有这些疑问很难得。等你把这些疑问都搞明白了,CFD也基本上算入门了”。小牛师兄的话声音很轻但很令人信服。
“你的这些疑问几乎是所有初学者的疑问,详细来讲今天时间不够,我们还是大概的聊一聊吧”,小牛师兄继续说。

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1 关于网格

网格是个什么东西呢?为啥子需要网格?简单来讲,网格实现了将一个大问题化解为多个小问题,将连续的问题化解为离散的问题

NS方程
流体的运动过程很复杂,通常我们基于守恒方程来建立力学模型,如常用的基于质量守恒、动量守恒的N-S方程,这些方程都是复杂的偏微分方程。

连续方程(质量守恒方程)
\[\frac{\partial \rho}{\partial t}+div(\rho \vec{v})=0\]
动量方程(动量守恒方程):
\[\frac{\partial (\rho u)}{\partial t}+div(\rho u \vec{u}) = - \frac{\partial p}{\partial x}+div(\mu grad u)+S_{mx}\]
\[\frac{\partial (\rho v)}{\partial t}+div(\rho v\vec{u}) = - \frac{\partial p}{\partial y}+div(\mu grad v)+S_{my}\]
\[\frac{\partial (\rho w)}{\partial t}+div(\rho w\vec{u}) = - \frac{\partial p}{\partial y}+div(\mu grad w)+S_{mz}\]

可写成统一形式:
\[\frac{\partial (\rho \phi)}{\partial t}+div(\rho \phi \vec{u}) = div(\Gamma grad \phi)+S_{\phi}\]

如此复杂的方程,难以直接求得数学上的解,工程上常用数值方法进行求解。数值怎么求解呢?一种基本的思想是将无限连续的计算空间分解为有限离散的计算区域,这些小的区域称之为网格。有了网格后,就可以在网格基础上应用控制方程,利用一些离散方法将偏微分方程转化为代数方程,通过求解代数方程可以获取所有网格上的物理量分布。

2 没设置的节点

Fluent是一个通用软件包,为了适应大多数的问题求解,因而在设计时考虑了大部分流体问题求解所需要进行的设置,因此在案例设置的过程中,存在很多不需要进行设置的节点。
那么该怎么知道哪些节点需要设置哪些节点不需要设置呢?归根结底还是跟使用者对自己问题所涉及的物理背景了解程度,以及想要考虑物理模型的精细程度。