FLUENT经典问题答案（1）

答:如果模型较简单,只要保证网格节点数相同或接近,调整一下,就能保证网格连续。:| j但往往我们面对的都是模型较复杂,采取自由网格划分,根本难以保证。就是手动网格划分都很难保证两面上的网格相同。这就要考验网格划分人员的水平了,通过在局部接触部分的网格细化,来达到网格单元相同,从而保证连续。 在算接触(静态或动态)或传热(稳态或瞬态)这块,可以不必在意网格是否连续,其对结果的影响不是很大.具体问题具体分析,所以在划分网格要看自己究竟要算什么.

22 什么叫欠松弛因子?欠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?!
欠松弛因子是simple算法中的概念。流场数值计算的困难之一是关于压强的求解,因为压强本身没有控制方程,它是以源项的形式出现在动量方程:中的。离散形式的动量方程是在假设压强场已知的条件下得到的,在一般情况下压强场是未知的。目前广泛应用的simple算法可以解决压强求解的问题。其利用连续方程校正压强场,然后用校正的压强场计算速度场,重复进行校正、计算过程,直到解出速度场和压强场同时满足动量方程和连续方程为止。 新压强场p与原压强场p*的关系可以写成p=p*+p',p'为压强修正量。
在具体计算过程中,当解出压强修正量后,不能直接用该式计算新的压强场p,因为simple算法的速度修正量忽略了零点速度修正量的影响,这一简化不影响最终的收敛解,却加大了修正量p'的负担,不仅会影响收敛速度,有时甚至会导致迭代的发散。所以,在计算校正后的压强场p时,应采取欠松弛措施,既p=p*+f×p'。f就是欠松弛因子,其取值范围为0<f<1,一般取为0.8即可。同时还要对速度进行修正,用速度欠松弛因子fV,取值也是0~1,一般取0.5。 不知我这样解释是否能够理解,因为其中有一些偏微分公式的推导,这里写不出来。就使用而言,欠松弛因子 要设的比1小计算才容易收敛。设多少还要视具体情况而定。

21 如何监视FLUENT的计算结果?如何判断计算是否收敛?在FLUENT中收敛准则是如何定义的?m
这个问题比较复杂,要真正的解决了基本fluent运算就解决了一大半了,我写下自己的感受吧,在平时的运算中遇到的和看到的,有不对的请大家指教。通常判断收敛是看残差曲线,但是这个1e-3或者1e-4的收敛标准是相对而言的。在FLUENT中残差是以开始5步的平均值为基准进行比较的。如果你的初值取得好,你的迭代会很快收敛,但是你的残差却依然很高;但是当你改变初场到比较不同的值时,你的残差开始会很大,但随后却可以很快降低到很低的水平,让你看起来心情很好。其实两种情况下流场是基本相同的。由此来看,判断是否收敛并不是严格根据残差的走向而定的。可以选定流场中具有特征意义的点,监测其速度,压力,温度等的变化情况。如果变化很小,符合你的要求,即可认为是收敛了。
一般来说,压力的收敛相对比较慢一些的。是否收敛不能简单看残差图,还有许多其他的重要标准,比如进出口流量差、压力系数波动等等尽管残差仍然维持在较高数值,但凭其他监测也可判断是否收敛。最重要的就是是否符合物理事实或试验结论。残差曲线是否满足只是一个表面的现象,还要看进口和出口总量差不得大于1%,而且即使这样子,收敛解也不一定准确,它和网格划分/离散化误差,以及屋里模型的准确性都有关系.所以得有试验数据做对比活着理论分析了当然最终是否正确是要看是否与实验数据相符合!但既然有残差图的话,总应该可以大概的看出否收敛吧?是否要残差要小到一定的程度,或者是残差不在增长,就可以一定程度上认为是收敛的残差的大小不能决定是否收敛,我在用FLUENT计算时,多采用监测一个面的速度(或者是压力、紊动能等参数)基本上不随着计算时间的推移而变化,就认为基本达到收敛,据质量守恒,收敛时进、出口的流量数值应大致相等(一般认为进出口质量差值比上入口质量的相对值小于0.5%时收敛,但是对特殊情况可能不同 ),但符号相反,一般出口流量是负值。在进行稳态计算时候,开始残差线是一直下降的,可是到后来各种残差线都显示为波形波动,有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度(2阶),网格太疏,网格质量太差,等都会使残差波动。经常遇到,一开始下降,然后出现波动,可以降低松弛系数,我的问题就能收敛,但如果网格质量不好,是很难的。通常,计算非结构网格,如果问题比较复杂,会出现这种情况,建议作网格时多下些功夫。理论上说,残差的震荡是数值迭代在计算域内传递遭遇障碍物反射形成周期震荡导致的结果,与网格亚尺度雷诺数有关。例如,通常压力边界是主要的反射源,换成OUTFLOW边界会好些。这主要根据经验判断。所以我说网格和边界条件是是主要因素。

30 FLUENT运行过程中,出现残差曲线震荡是怎么回事?如何解决残差震荡的问题?残差震荡对计算收敛 性和计算结果有什么影响?
残差——是cell各个Face的通量之和,当收敛后,理论上当单元体内没有源相时各个面流入的通量也就是对物理量的输运之和应该为0。最大残差或者RSM残差反映流场与所要模拟流场(指收敛后应该得到的流场,当然收敛后得到的流场与真实流场之间还是存在一定的差距)的差距,残差越小越好,由于存在数值精度问题,不可能得到0残差,对于单精度计算一般应该低于初始残差1e-03以下为好,但还要看具体问题。一般在Fluent里可以添加进出口流量监控(print or plot),当残差收敛到一定程度后,还要看进出口流量是否达到稳定平衡,才可以确认收敛与否。残差在较高位震荡,需要检查边界条件是否合理,其次检查初始条件是否合适,比如在有激波的流场,初始条件不合适,会带来流场的震荡。有时流场可能有分离或者回流,这本身是非定常现象,计算时残差会在一定程度上发生震荡,这时如果进出口流量是否达到稳定平衡,也可以认为流场收敛了(前提是要消除其他不合理因数)。另外Fluent缺省地采用多重网格,在计算后期,将多重网格设置为零可以避免一些波长的残差在细网格上发生震荡。

54在分离求解器中,FLUENT提供了压力速度耦和的三种方法:SIMPLE,SIMPLEC及PISO,它们的应用有什么不同?

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SIMPLE2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。

70 边界条件中湍流强度怎么设置:入口边界条件中的湍流强度和出口边界条件中的回流湍流强度怎么设置?是取默认值10%吗?

这两个数一般都不是计算得出来的,一般是根据现有的经验估计出来的,一般来说,流速快的话k值当然要大,而粘度大,湍流强的话,适当增加e的值,一点个人小经验,有不多的请大家指教 现在比较好的K-ε 中的RNG,关于K-ε 请查看lasvie发表[url=http://forums.simwe.comsize=4]http://forums.simwe.com3 j, w; I3 u+ E7 `; s* h
K-ε 是紊流脉动动能(J), ε 是紊流脉动动能的耗散率(%)越大表明湍流脉动长度和时间尺度越大, ε 越大意味着湍流脉动长度和时间尺度越小,它们是两个量制约着湍流脉动。但是由于湍流脉动的尺度范围很大,计算的实际问题可能并不会如上所说的那样存在一个确切的正比和反比的关系。在多尺度湍流模式中,湍流由各种尺度的涡动结构组成,大涡携带并传递能量,小涡则将能量耗散为内能。在入口界面上设置的K和湍动能尺度对计算的结果影响大至于k是怎么设定see fluent manual "turbulence modelling"作一个简单的平板间充分发展的湍流流动,基于k-e模型。确定压力梯度有两种方案,一是给定压力梯度,二是对速度采用周期边界条件,压力不管!湍流模型参数设置:K -动能能量;epsilon-耗散率;在运用两方程湍流模型时这个k值是怎么设置的呢?epsilon可以这样计算吗?epsilon=Cu*k*k/Vt N b n b cr U,W
这些在软件里有详细介绍。陶的书中有类似的处理,假定了进口的湍流雷诺数。fluent帮助里说,用给出的公式计算就行。k-e模型的收敛问题!应用k-e模型计算圆筒内湍流流动时,网格比较粗的时计算结果能收敛,但是当网格比较密的时候,湍流好散率就只能收敛到10的-2次方,请问大侠有没有解决的办法?用粗网格的结果做初场

网格加密不是根本原因,更本的原因是在加密过程中,部分网格质量差,[/size]注意改进网格质量,应该就会好转,

在求解标准k-e双方程湍流模型时(采用涡粘假设,求湍流粘性系数,然后和N-S方程耦合求解粘性流场),发现湍动能产生项(雷诺应力和一个速度张量相乘组成的项)出现负值,请问是不是一种错误现象?如果是错误现象一般怎样避免。另外处理湍动能产生项采用什么样的差分格式最好。而且因为源项的影响,使得程序总是不稳定,造成k,e值出现负值,请问有什么办法克服这种现象。你可以试试这里计算的时候加一个判断,出现负值的时候强制为一个很小的正值。这可能是因为你采用的数值格式的问题,一般计算程序对k方程都要做一定处理,以保证k的正定。比如,强制规定源项与0的关系,以使数值计算稳定。就ke模型而言。它是problem dependent.对简单的无弯曲无旋转无...的湍流问题,它能算而且能给出好的结果,但对复杂的流动问题,它就不能使用了。出现负的ke不仅仅是计算格式的问题,更重要的是模型问题,没有谁能证明ke模型在任何流动问题中都能保证ke是正的。有这么一些办法避免ke出现负值。

1。对K=ln(k)和E=ln(e)求解,问题:壁面ke=0难处理,
2。先用层流计算500步,然后再用ke算,! F1 T8 Z1 M, C# _8 T
3。各种强制限制办法3 \+ q0 ]- ~! ?+ p2 q% l. O
4。源项局部线性化。
5。算到一定程度,如果k值趋势对了,就干脆不求ke方程了。, x: K: b5 ?( j q# }- m% F
可以参考:《湍流的计算模型》 陈义良 1991 中国科技大学出版社。

34 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?在fluent中会出现这么几个压力:
Static pressure静压) Dynamic pressure(动压) Total pressure(总压),这几个压力是空气动力学的概念,它们之间的关系为

Total pressure(总压)= Static pressure(静压z) + Dynamic pressure(动压),

滞止压力等于总压(因为滞止压力就是速度为0时的压力,此时动压为0)

Static pressure(静压)就是你测量的,比如你现在测量空气压力是一个大气压,而在fluent中,又定义了两个压力:Absolute pressure(绝对压力) Relative pressure(参考压力)还有两个压力operating pressure(操作压力) gauge pressure(表压)它们之间的关系为Absolute pressure(绝对压力)= operating pressure(操作压力) + gauge pressure(表压),上面几个压力实际上有些是一一对应的,只是表述上的差别,比如:Static pressure(静压) gauge pressure(表压)定义操作压力对于可压缩流动:把操作压力设为0,把表压看作绝对压力;

53 对于FLUENT的耦合解算器,对时间步进格式的主要控制是Courant数(CFL),那么Courant数对计算结4果有何影响?&
!FLUENT计算开始迭代最好使用较小的库朗数,否则容易导致迭代发散?
修改办法slove-controls-solution,修改courant Number $ g% f2 a: O* n& B/ m2 Y2 Y2 l
默认值为1,开始没有经验的改小点,比如0.01,然后逐渐加大,

58 如何将自己用C语言编辑的程序导入到FLUENT中?在利用UDF编写程序时需注意哪些问题?
59在UDF中compiled型的执行方式和interpreted型的执行方式有什么不同问题的答案在附件,相信看过后会对该问题有更深的了解。

142 什么是多孔介质;在那些方面应用?
答:多孔介质是近似模拟一些具有多孔性质的区域,这些区域的压降符合一定的规律。这些多孔区域如果进行建模的话,会造成网格数量剧增(因为与整体模型相比,其尺度非常小)。多孔介质的应用于packed beds(填料床?),filter papers(滤纸),perforated plates(多孔板), flow distributors(流量分配器),tube banks(管束)等。

144 有关多孔介质的边界设定在哪有介绍?8 [* e/ ]' E! z: v
答:最可靠的介绍可以参考Fluent帮助中边界条件一章中多孔介质的介绍。另外可以参考我写的一个帖子:, k- M- a2 }: U q2 O
http://forum.simwe.com/thread-863003-1-1.html

145 有没有计算多孔介质的算例或文章?( p6 q$ M' [) i
答:多孔介质的算例,fluent帮助自身带了一个,是关于汽车尾气催化剂的。这个例子可以在公用邮箱:simwe.fluentcfx@gmail.com中找到。同样可以参考我的帖子:http://forum.simwe.com/thread-863003-1-1.html

15 对于自己的模型,大多数人有这样的想法:我的模型如何来画网格?用什么样的方法最简单?这样做( @5 `$ M* T/ V. J2 p
网格到底对不对?$ h, r& m4 \1 e7 C; A' g
答:模型划分网格,要正确处理好网格密度与计算时间的矛盾。网格密度增加,理所当然,网格质量提高,计算结果也越精确,但所花的时间会很长,考虑到经济性,一般在划分网格时,都需要遵循一些原则。
CFD计算对计算网格有一些一般性的要求,例如光滑性、正交性、网格单元的正则性以及在流动变化剧烈的区域分布足够多的网格点等。
对于复杂几何外形的网格生成,这些要求往往并不可能同时完全满足。例如,给定边界网格点分布,采用Laplace方程生成的网格是最光滑的,但是最光滑的网格不一定满足物面边界正交性条件,其网格点分布也很有可能不能捕捉流动特征,因此,最光滑的网格不一定是最好的网格。 对计算网格的一个最基本的要求当然是所有网格点的Jacobian必须为正值,即网格体积必须为正,其他一些最常用的网格质量度量参数包括扭角(skew angle)、纵横比(aspect ratio、Laplacian)、以及弧长(arc length)等。通过计算、检查这些参数,可以定性的甚至从某种程度上定量的对网格质量进行评判。Parmley等给出了更多的基于网格元素和网格节点的网格质量度量参数。有限元素法关于插值逼近误差估计的理论,实际上也对网格单元的品质给出了基本的规定:即每个单元的内切球半径与外切球半径之,应该是一个适当的,与网格疏密无关的常数。
从数学角度来看,单元最好是球体,如果网格细化到一定程度是可以近似认为是分子、原子。不2 v% c# p, y! ?- l& O; O% M
过球体不具备计算需求的矩阵条件,所以理想的单元应该是正六面体。网格的各项指标都是用来6 y3 G+ [' I- H2 g. i; X
描述正六面体的变形程度的,对于不同的结构模型,网格指标对结果的影响不具有可比性(比如长宽比对长方体结构和对球结构),我们只是去尽可能的控制这些指标。 v$ B3 h V% |5 T" W+ p
根据我的一些经验,给出一些指标的参考值。
纵横比比值越接近1越理想,最大不好不超过53 W3 Z# o1 T; q7 x, g& h% l( P2 ]
雅可比比率最好大于0.7,不能低于0.45,0.5,否则需要重画。

33 如果采用非稳态计算完毕后,如何才能更形象地显示出动态的效果图?! C% D+ d+ r& j; f1 U* Z5 ?7 i8 P. |
答:可以采用录像带方式。具体设置在solve——animate中设置。
在计算完成后,如何显示某一断面上的温度值?如何得到速度矢量图?如何得到流线?8 [+ U3 w% h" x( w# H) q
答:在surface——iso-surface中设置,选择grid,以及所需要的方向。在iso-values中设置与所选坐标轴方向垂直的偏移面。) `3 W# R+ @& Y5 p5 S
101已经建好的模型,想修改一些尺寸,但不知道顶点的座标,请问如何在gambit中显示点的座标?0 Z, Z- ^1 ^3 W+ d
答:在summarize vertices中选择点,点击apply,在transcript中查看。. t2 j7 w+ ~" i" \$ p
129 流固耦合的边界条件:在FLUENT里面,wall与腔体内的流体换热产生换热耦合问题时,wall怎么定义?wall在FLUENT的boundary conditions里只有heat flux, temperature, convection, radiation和mixed 5种选项没有coupling?在materials里面改个什么地方就可以了?
答:要产生couple,主要有两种方法。6 {) q! ^2 {1 S& p% q- }
其一,在gambit在中间模型时,采用split,而不是采用subtract。采用split后导入到fluent中,会自动产生wall和wall-shadow。" C2 O$ t/ `$ _* ^& k3 H; J1 \5 S. O
其二,如果在gambit中建模是,采用的是subtract,那么将会存在重叠的两条边,在设置边界的条件的时候要分别设置为wall。导入到fluent后,将这两条边的类型改为interface,然后在grid interface中修改,并勾选couple选项。
158 gambit不能正常启动的原因有哪些?* f9 O* ]# z5 q
答:gambit不能正常启动,是因为上次打开的时候生成了一个*.lok文件,将此文件删除,重新启动即可。

145有没有计算多孔介质的算例或文章?# Y. n* R. K) x3 C6 v( H
在许多学科中都会碰到多孔介质的问题,如:管束、流动均布器和过滤器、回热器等。多孔介质的计算确实是个难题,不用说我们这些具体的学科了,就是拿专门搞材料和计算的人来说,他们也没有成熟的模型,据我的了解,多孔介质模型都在“发展中”,无统一的定论。也正是基于这个原因,具体到每个不同的学科和算例,不同的人就会有不同的方法。我是低温学科的,会涉及到振荡流动中的多孔介质问题,如换热器和回热器,在计算中我们多借鉴一些研究者的试验数据,拿到我们的模型中完善多孔介质的阻力参数设定,主要是两个方向上的压力降,感觉效果还是不错的。我想,这种方法还是可以在其他学科中用的,如果找不到好的算例,就去看别人总结的试验数据,借鉴过来,自己做一个成功的算例。

26 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。

49 在“solver”中2D 、axisymmetric和axisymmetric swirl如何区别?对于2D和3D各有什么适用范围?% }7 k5 R' a' }5 P& \) Z& b6 D. P

从字面的意思很好理解axisymmetric和axisymmetric swirl的差别:

axisymmetric:是轴对称的意思,也就是关于一个坐标轴对称,2D的axisymmetric问题仍为2D问题。

而axisymmetric swirl:是轴对称旋转的意思,就是一个区域关于一条坐标轴回转所产生的区域,这产生的将是一个回转体,是3D的问题。在Fluent中使用这个,是将一个3D的问题简化为2D问题,减少计算量,需要注意的是,在Fluent中,回转轴必须是x轴。

134-141是关于Tecplot软件使用的;在这里给Tecplot新手推荐一个学习的方法: q3 }) p: C1 z1 v! G7 z' i
如果你对Tecplot一点都不熟悉的话,别紧张,没关系的,你可以直接看Tecplot的动画Demo很快就能入门。
网页:在“开始”->"所有程序“->"Tecplot 10"->"Tutorials"->"Tutorial", b% q! ?, T7 J, c7 V! }2 a" |8 ~
打开网页,里面有Tecplot使用的大部分功能的动画教程,花上一二十分钟,就能对Tecplot有所了解,并可以作初步的使用了。
这八道问题的答案基本都在里面

128 在gambit中对一体积成功的进行了体网格,网格进行了examine mesh,也没有什么问题,可当要进行边界类型(boundary type)的设定时,却发现type 只有node, element_side两项,没有什么wall,pressure_outlet等。为何无法定义边界; y4 B- ]3 h q- S! o
因为没有选择求解器为fluent 5/6

127 用size function作网格时很难控制网格的数目。比如size function的什么条件除了growth rate都没改变,但是原来设置的growth rate为4.5,可是将这个数变大为6或减少为3,网格的数目都比4.5时要' ^! P) u7 s6 W4 ]' n; X
多,这是什么原因?' \0 e' W9 x$ J6 M% b1 b& c
网格数目的控制除了受到size function的影响,很多情况下更受到周围线或面的约束的影响. Z1 A3 @1 v, n" j- p
画线网格时,如果一条线没有受到任何设定,用size funtion是可以控制网格个数的,线上网格数目的多少为线长除以size funtion四舍五入;画面网格时,如果所有的边都没有提前设定,系统会自动选择某些边利用size funtion进行设定,其余的边则根据网格划分的类型条件自动设置,可能会和size funtion的设定有出入,如果有个别的边线已经进行了设定约束,则面网格会受到约束的影响,可能会和size funtion的设定相差很大。体网格同时要受到线网格和面网格约束的影响。
出现调大和调小size funtion网格数都增加的情况,多半是由于受到其他约束的影响的原因。所以在画网格时如果要想得到比较好的网格质量,一方面是要对几何体进行合理的分块,尽量使得各个子块都能采用结构网格,另一方面就是要从线网格,到面网格,再到体网格,逐步控制,逐步划分,这样才能确保网格的数目和质量是按照你设定的要求进行

119 用GAMBIT生成网格时要是出现负值怎么办啊?有什么办法可以改正吗,只能将网格重新画吗? o4 V0 ]: Q9 f9 O( b: h
对于划网格的时候出现负值,我的理解是网格在复杂的边界(如尖角)出出现交叉,即尺寸定义有问题,所以必需重新画。; K) ~# f8 x+ ^8 l |, A$ }0 j: p
这个时候将复杂的边界处的网格尺寸定义的更小一些,更密一些就可以了
97 在udf中,U,V,W代表的速度,分别代表什么方向的,直角坐标还是柱坐标?% j+ y& U8 g1 u2 o7 M ^
应该是在直角坐标系中,U、V、W分别代表是X、Y、Z的方向

80 如何在gambit中输入cad和Pro/e的图形?如何将FLUNET的结果EXPORT成ANSYS的文件?( _6 a g* A; a
autocad需要将图形转化为sat格式,pro/e可以将文件转化为igse或者stp格式。在fluent的flie/export 中可以选择导出ansys格式的文件