ANSYSFLUENT培训教材之求解器设置(共29张).pptx

1、A Pera Global Company PERA China 培训教材第四节：求解器设置安世亚太科技（北京）有限公司A Pera Global Company PERA China概要n使用求解器（求解过程概览）n设置求解器参数n收敛n定义n监测n稳定性n加速收敛n精度n网格无关性n网格自适应n非稳态流模拟（后续章节中介绍）n非稳态流问题设置n非稳态流模型选择n总结n附录A Pera Global Company PERA China求解过程概览n求解参数n选择求解器n离散格式n初始条件n收敛n监测收敛过程n稳定性n设置松弛因子n设置 n加速收敛n精度n网格无关性n自适应网格NoSet t

2、he solution parametersInitialize the solutionEnable the solution monitors of interestModify solution parameters or gridCalculate a solutionCheck for convergenceCheck for accuracyStopYesYesNoA Pera Global Company PERA China求解器选择n中有两种求解器 压力基和密度基。n压力基求解器以动量和压力为基本变量n通过连续性方程导出压力和速度的耦合算法n压力基求解器有两种算法n分离求解器

3、 压力修正和动量方程顺序求解。n耦合求解器()压力和动量方程同时求解Pressure-Based(segregated)Density-Based(coupled)Solve Mass Continuity;Update VelocitySolve U-MomentumSolve V-MomentumSolve W-MomentumPressure-Based(coupled)Solve Turbulence Equation(s)Solve SpeciesSolve EnergySolve Other Transport Equations as requiredSolve Mass&Mom

4、entumSolve Mass,Momentum,Energy,SpeciesA Pera Global Company PERA China求解器选择n密度基耦合求解器n以矢量方式求解连续性方程、动量方程、能量方程和组分方程n通过状态方程得到压力n其他标量方程按照分离方式求解n 可以显式或隐式方式求解n隐式 使用高斯赛德尔方法求解所有变量n显式:用多步龙格库塔显式时间积分法。()A Pera Global Company PERA China如何选择求解器n压力基求解器应用范围覆盖从低压不可压缩流到高速压缩流n需要的内存少n求解过程灵活n压力基耦合求解器()适用于大多数单相流，比分离求解器性

5、能更好n不能用于多相流（欧拉）、周期质量流和 n比分离求解器多用1.52倍内存n密度基耦合求解器()适用于密度、能量、动量、组分间强耦合的现象n例如:伴有燃烧的高速可压缩流动，超高音速流动、激波干扰n隐式方法一般优于显式，因为其对时间步有严格的限制n显式方法一般用于流动时间尺度和声学时间尺度相当的情况（如高马赫激波的传播）A Pera Global Company PERA China离散化（插值方法）n存储在单元中心的流场变量必须插值到控制体面上n对流项的插值方法有:n 易收敛，一阶精度。n 对低雷诺数流动（5）比一阶格式更精确n 尤其适用流动和网格方向不一致的四面体/三角形网格，二阶精度，

6、收敛慢n ()对非结构网格，局部三阶精度，对二次流、旋转涡、力等预测的更精确n ()适用于四边形/六面体以及混合网格，对旋转流动有用，在均匀网格上能达到三阶精度A Pera Global Company PERA China插值方法（梯度）n为了得到扩散通量、速度导数，以及高阶离散格式，都需要求解变量的梯度n单元中心的变量梯度由以下三种方法得到:n 可能会引起伪扩散n 更精确，更少伪扩散，建议对三角形/四面体网格采用n 建议对多面体网格采用，精度和属性同n面上的梯度用多级泰勒级数展开求得A Pera Global Company PERA China压力的插值方法n使用分离算法时，计算面上压力

7、的插值方法有:n 默认格式，对于近边界的沿面法向存在大压力梯度流动，精度下降（如果存在压力突变，建议改用!）n!用于高度旋流，包括压力梯度突变（多孔介质，风扇模型等）或者计算域存在大曲率的面n 当其他格式导致收敛问题或非物理解时使用n 用于压缩流，不适用多孔介质、风扇、压力突变以及 多相流n 用于大体积力的情况，如高瑞利数自然对流或高旋流A Pera Global Company PERA China压力速度耦合 n压力基求解器通过连续性方程和动量方程导出压力方程或压力修正方程n中有四种耦合方式n ()n默认算法，稳健性好n()n对简单问题，收敛更快，如层流n ()n对非稳态流动或者高扭曲度网

8、格有用n ()对非稳态问题n和 合用，类似.A Pera Global Company PERA China初始化n 要求所有的求解变量有初始值n更真实的初值能提高收敛稳定性，加速收敛过程.n有些情况需要一个好的初值n在特定区域对特定变量单独赋值n自由射流（喷射区高速）n燃烧问题（高温激活反应）n单元标注（自适应）A Pera Global Company PERA China 初始化n ()能用来创建更好的初场。n 初始化对包括大的压力梯度和速度梯度的复杂流动有用n在粗级别网格上求解一阶欧拉方程n可用于压力基或密度基求解器，但限于稳态问题n启动 初始化n压力基求解器:n密度基求解器:当选择密

9、度基求解器后在 里可见 n 在粗网格上用多重网格求解n通过 命令来设置A Pera Global Company PERA China检查n 功能发现一些常见的错误设置和不一致性n提供选择参数和模型的指导n用于可以直接应用或忽略这些建议A Pera Global Company PERA China收敛性n计算收敛时应该满足:n所有离散的守恒方程（动量、能量等）在所有的单元中满足指定的误差或者结果随计算不再改变n全局的质量、动量、能量和标量达到平衡n使用残差历史曲线来监测收敛：n一般地，残差下降三个量级表示至少达到定性的收敛，流场的主要特征已经形成。n压力基求解器的能量残差应下降到10-6n组

10、分残差应下降到10-5n监测定量的收敛:n监测其他关键的物理量n确保全局的质量、能量、组分守恒。A Pera Global Company PERA China监测收敛-残差n残差图显示何时收敛达到指定标准All equationsconverged.10-310-6A Pera Global Company PERA China监测收敛-力和面上的变量n除了残差外，也可以监测升力、阻力和力矩系数n边界或其他定义的面上的导出变量或函数（如面积分）A Pera Global Company PERA China检查全局通量守恒n除了监测残差和变量历史外，也可以检查全局热和质量平衡n净通量差值（）

11、应该小于通过边界最小通量的1%A Pera Global Company PERA China残差与收敛n如果监测到求解已经收敛，但计算结果还在改变，或还有大的质量/热量不平衡，这表示求解还未收敛n此时，你应该:n减小残差标准或关闭监测残差的窗口n继续迭代直至计算收敛n在 n 窗口选择 关闭监测n 残差的窗口A Pera Global Company PERA China收敛遇到的困难n对一些病态问题，差质量的网格或不合适的求解设置，都可能出现数值不稳定性n表现为残差曲线上扬（发散）或不下降n发散意味守恒方程的不平衡增加n没收敛的结果会误导使用者n解决方法n确保问题是物理合理的n用一阶离散格式

12、计算一个初场n对压力基求解器，减少发散方程的n 松弛因子n对密度基求解器，减少 数n重新生成网格或加密质量差的网格n注意网格自适应不能提高扭曲度大n 的网格质量Continuity equation convergencetrouble affects convergence ofall equations.A Pera Global Company PERA China修改松弛因子n松弛因子用来稳定压力基求解器的迭代过程n以缺省的松弛因子开始计算n减少动量方程的松弛因子经常有助于收敛n缺省值对大多数问题都适用，需要时你可以改变这些值n合适的设置最好通过经验获得n对密度基求解器，对耦合方程组外

13、的方程，松弛因子同样有用A Pera Global Company PERA China修改 数n对密度基求解器，即使稳态问题，也存在瞬态项n用 定义时间步长n对显式求解器:n稳定性约束限制了最大 数n不能超过 2（缺省为1）n有收敛困难时减少 数n对隐式求解器:n 没有稳定性约束限制n缺省值为 5.A Pera Global Company PERA China加速收敛n可以通过以下方法加速收敛:n设置更好的初场n从前次的计算结果开始（如需要，可以使用）n渐次增加松弛因子或数n过高的值容易引起发散n继续迭代是应保存和文件n控制多重网格求解器设置（一般不推荐）n缺省设置一般足够稳定，不建议修改

14、A Pera Global Company PERA China从已有结果开始计算n已有的计算结果可以作为初场使用n使用结果插值（如密网格计算以粗网格结果为初值开始）n初始化后，新的迭代从目前数据开始n一些建议:/()()A Pera Global Company PERA China求解精度n收敛的结果不一定是正确的n需要利用其他数据或物理知识对结果进行检查和评价n用二阶上风格式获得最终解n确保结果是网格无关的:n用自适应加密网格或重新划分网格来研究网格无关性n如果流场结果看起来不合理:n重新考虑物理模型和边界条件n检查网格质量，如必要，重新划分网格n重新考虑边界条件或域的位置，不充分的边界

15、对结果精度影响很大A Pera Global Company PERA China网格质量和求解精度n数值误差和网格梯度及网格面上插值相关n建议:n使用高阶离散格式(二阶上风,)n尽量让网格和流动方向一致减少伪扩散n加密网格n足够的网格密度对求解有突变的流动非常有用n随着网格尺寸减少，插值误差也减少n对非均匀网格，尺寸变化不要太大n均匀网格的截断误差小n 提供基于网格尺寸梯度的自适应n减小网格扭曲度和长细比n一般地，避免使用长细比大于5的网格（边界层允许使用更大长细比的网格）n优化四边形/六面体网格，使其更接近正交n优化三边形/四面体网格，使其更接近等边A Pera Global Compan

16、y PERA China网格无关解n 当加密网格，结果不再改变时，称为网格无关解。n 得到网格无关解的过程:n 生成一个新的、更密的网格n 回到网格阶段，手动调整网格 n 或者，用自适应.n 重要:首先保存 和 文件n 创建自适应网格，插值原结果到密网格上。提供动态网格自适应，会根据用户定义的标准自动改变网格 n 继续计算直至收敛。n 比较两次结果的解。n 如有必要，重复以上过程n 要对某一问题，使用不同网格时，可以使用 命令 和 来设置新问题。n 通过插值能得到更好的初场A Pera Global Company PERA China总结n压力基和密度基求解器的计算过程是相同的n计算直至收敛n获得二阶精度的解（建议）n加密网格重新计算直至得到网格无关解n两种求解器都提供了提高收敛和稳定性的工具n两种求解器都提供了检查和改善精度的工具n结果的精度取决于合适的物理模型和设定的边界条件谢谢A Pera Global Company PERA ChinaA Pera Global Company PERA China演讲完毕，谢谢观看！