fluent：SIMPLE与SIMPLEC比较

2017-03-03 by:CAE仿真在线来源:互联网

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。对于这种情况,你需要使用更为保守的亚松驰或者使用SIMPLE算法。对于包含湍流和/或附加物理模型的复杂流动,只要用压力速度耦合做限制,SIMPLEC会提高收敛性。它通常是一种限制收敛性的附加模拟参数,在这种情况下,SIMPLE和SIMPLEC会给出相似的收敛速度。

[SIMPLES]SIMPLE算法中影响收敛和精度的最主要的两个缺陷是:初始值u,v和p分别单独给出,给的初值互不相关;在推导速度修正方程时,忽略了邻点的影响,但是邻点系数的影响并没有从P点消去,从而造成了计算的不协调。针对这两个缺陷,出现了SIMPLER和SIMPLEC方法。

按理说后两种算法应该比SIMPLE算法的稳定性和收敛速度都快;但是在现在的商用程序中,如FLUENT,使用SIMPLE 和SIMPLEC算法,默认SIMPLE算法,据说鲁棒性最好;CFX中使用SIMPLEC算法。

问题是,SIMPLEC算法有什么突出的优点么?SIMPLER有什么显著的缺点么(除了要额外解一个压力poisson方程,增加了计算量)?为什么FLUENT里面还用SIMPLE算法?

看了《数值传热学2》里面对三者的评价似乎是SIMPLER较好,SIMPLEC和SIMPLER差不多,SIMPLE较差。

[过路蚂蚁]我觉得SIMPLE、SIMPLER、SIMPLEC这几种算法大同小异,没觉得哪个非常好,不过书上都说SIMPLEC好些。

[对月]偶觉得不必要讨论这三种方法了,大同小异,选那种看具体情况。

在对流体流动!传热问题的求解中,以压力修正的SIMPLE算法应用最广。SIMPLE是Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations的简称,意思是解压力耦合方程的半隐式法。SIMPLE算法的核心是在交错网格上利用连续方程和动量方程构造了一个近似的压力修正方程来计算压力场并校正速度。SIMPLE算法在解决许多实际问题中发挥了大量的作用。但SIMPLE算法的收敛速度较慢,这是因为在SIMPLE算法中,压力修正方程引入了过多的近似,并且必须引入欠松弛作为迭代过程的基本做法。为了克服SIMPLE算法的弱点,SIMPLE算法的一些改进型相继出现,如SIMPLER、SIMPLEC、SIMPLEST等。

在SIMPLER算法中,没有引入近似的压力方程来求解压力场,而是保留了压力修正方程来修正速度。SIMPLER算法的收敛性较SIMPLE有很大改进,但包括了更多的计算量。

而SIMPLEC算法是使速度场的改进进程与压力场的改进进程同步进行。对三维炉膛的实践表明,SIMPLEC算法比SIMPLE算法收敛快得多,松弛因子可取得更大。

SIMPLE系列算法通用性强,能保证速度调节趋势的正确性,但经常造成速度和压力修正的不同步,其收敛速度常常难如人愿。

尽管针对SIMPLE系列算法的创新有很多,如PISO算法和SIMPLE-DATE算法等(其中最著名的是PISO算法),但目前在对炉内流场进行计算时,仍大多采用SIMPLE及其系列算法。

PISO(Pressure Implicit Split Operator)算法是用于非稳态可压缩或不可压缩流体流场中求解压力速度耦合关系的一种算法。该算法主要是针对SIMPLE系列算法中动量方程和质量连续性方程修正不同步问题而提出的,其主要思路是在SIMPLE算法中压力修正步过程后,再增加一速度修正步,以求迭代方程在显式满足质量守恒的同时,也隐式满足动量守恒方程。[匡江红流动与传热数值模型的发展现状

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