Fluent時間步長的關(guān)鍵處理辦法

2016-09-01 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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用FLUENT計算非穩(wěn)態(tài)問題,是不是在計算時必須保證在每個時間步timestep里都要收斂才行,否則計算結(jié)果就不對呢?也就是說,在iteration選項里,max iteration pertime step設(shè)為一個值,比如500,就是如果500次迭代后仍未收斂,進(jìn)入下一步迭代,那對結(jié)果會有什么影響。

對于隱式非定常格式,原則上,每個時間步長內(nèi)必須保證結(jié)果收斂。在fluent 的幫助中就有這樣的話:"對于不可壓流動,在每個時間步內(nèi),不可壓解必須迭代直至收斂。"另外,我們回歸到fluent內(nèi)部計算的本源,它實質(zhì)就是一種差分算法,通過不斷逼近來獲得真實解,這樣我們就不難理解為什么在每個時間步長內(nèi)需要收斂了。max iteration pertime step 設(shè)定的是最大時間步,在單一步長內(nèi),如果結(jié)果已經(jīng)收斂,則會自動跳至下一時間進(jìn)行計算。所以其設(shè)定要縱觀全局。但對于周期性流動,這種收斂性的要求就相對松動一些。不過你需要多計算幾個周期,等計算結(jié)果達(dá)到對時間的周期狀態(tài)后,再對結(jié)果進(jìn)行儲存。

對于顯式非定常格式,在Fluent幫助中這樣說:"一定記住,對于顯式非定常格式,每一個迭代就是一個時間步。"

如果每個時間步內(nèi)結(jié)果沒有得到收斂,則很有可能你所得到的結(jié)果是不真實的,但是一個時間步內(nèi)的不真實性應(yīng)該不會影響到下一個時間步長內(nèi)的計算。因為在每一個時間步開時,fluent 都會進(jìn)行初始化。在單個時間步內(nèi),它實際是按照穩(wěn)態(tài)進(jìn)行計算的。

time step size的設(shè)定是根據(jù)你的計算需要,一般是你的特征長度(比如說管道的長度)除于特征速度(比如平均速度)的值再小一到兩個量級即可,如果你的time stip size太大,計算會提示你的,改小即可。

number of time steps是這樣設(shè)定的:number of time steps X time step size=實際時間積累。比如說,你計算一個射流,你需要計算到1秒時候的情況,那么(number of time steps)=1秒/(time step size)。

Fluent中非穩(wěn)態(tài)時間步長設(shè)置

最近所做的非穩(wěn)態(tài)計算,若設(shè)置太小,計算時間就太長,設(shè)置太大的話就會出現(xiàn)Global Courant Number飆升過大的不能繼續(xù)進(jìn)行下去的問題。

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單元最小長度除于流場平均流速,不過這個值可能很小,你可以以這個值為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié),一開始可以取大些,如果沒有問題,可以再放大些,這樣可以縮短計算時間。

若按這種方法,計算下面這個例子:2mm,10個網(wǎng)格,流速1m/s。時間步長time steps=0.2/1000=0.0002。但是我在進(jìn)行計算時,設(shè)置為1e-6,都無法進(jìn)行下去。所以這種換算方法還是只能作為參考。

我現(xiàn)在采用的是自動調(diào)節(jié)時間步長,目前看來效果還可以。

怎么知道非穩(wěn)態(tài)計算時間步長是合適的?

courant number與收斂

courant number實際上是指時間步長和空間步長的相對關(guān)系,系統(tǒng)自動減小courant數(shù),這種情況一般出現(xiàn)在存在尖銳外形的計算域,當(dāng)局部的流速過大或者壓差過大時出錯,把局部的網(wǎng)格加密再試一下。在fluent中,用courant number來調(diào)節(jié)計算的穩(wěn)定性與收斂性。一般來說,隨著courant number的從小到大的變化,收斂速度逐漸加快,但是穩(wěn)定性逐漸降低。所以具體的問題,在計算的過程中,最好是把courant number從小開始設(shè)置,看看迭代殘差的收斂情況,如果收斂速度較慢而且比較穩(wěn)定的話,可以適當(dāng)?shù)脑黾?/span>courant number的大小,根據(jù)自己具體的問題,找出一個比較合適的courant number,讓收斂速度能夠足夠的快,而且能夠保持它的穩(wěn)定性。

時間步長與準(zhǔn)確性

摘自《數(shù)值計算與工程仿真》第一期作者gim

1 、在不計模型誤差,而且計算穩(wěn)定的前提下,數(shù)值計算的時間步長的選取存在一個恰當(dāng)值,過大或過小都會影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 、具體數(shù)值模擬中,最好能有一定的實驗數(shù)據(jù)或其它的可以認(rèn)為準(zhǔn)確的結(jié)果作為驗證資料,這樣才能恰當(dāng)?shù)倪x定時間步長,提高計算的準(zhǔn)確性。

3 、FLUENT 軟件采用隱式計算,這就需要設(shè)定每一次迭代的最大步數(shù)(Max Iterations per Time step ) ,如果達(dá)到最大步數(shù)前計算已經(jīng)收斂,系統(tǒng)會自動進(jìn)入下一步迭代。利用這一點可以采取如下方法確定迭代的時間步長:系統(tǒng)一般認(rèn)為每一步的迭代次數(shù)應(yīng)在10 一20 次之問,設(shè)定一個時間步長后如果在迭代次數(shù)內(nèi)還沒有收斂就應(yīng)該減小時間步長,反之則應(yīng)該增加時間步長。一般,都事先給定一個較小的時問步長進(jìn)行迭代兒步,而后逐步調(diào)整。當(dāng)然迭代次數(shù)也跟具體問題相關(guān),還需要計算經(jīng)驗的不斷積累。

tags: fluent,非穩(wěn)態(tài),時間步長

fluent迭代計算中,非定常問題的時間步長如何選取

顯式時間積分方案:時間步長Δt<ρ(Δx)2 /2Γ;半隱式時間積分方案:時間步長Δt<ρ(Δx)2 /Γ;全隱式時間積分方案:時間步長沒有限制。Δx是網(wǎng)格相鄰節(jié)點的距離,Γ是擴(kuò)散系數(shù),不同問題有不同的物理意義

非穩(wěn)態(tài)時間步長與迭代步數(shù)的討論

在unsteady的計算求解中,大部分同學(xué)應(yīng)該會對solver中設(shè)置比較迷惑,在這里,我想就我個人的理解對其時間步長與迭代步數(shù)進(jìn)行一些分析討論。

1、在進(jìn)行unsteady 計算的時候,fluent是從前一個時間算到下一個時間(即time steps),而每個時間步長內(nèi)的計算就相當(dāng)于一個準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)求解,因此需要設(shè)置Max Iterations per Time Step;在這個時間步長內(nèi)的計算就是一個穩(wěn)態(tài)過程,在達(dá)到iteration次數(shù)之前收斂完成,就跳到下一個time step,否則就將所規(guī)定的迭代次數(shù)算完在跳下一個time step。

2、時間步長的設(shè)置:(1)特征長度除以特征速度所得的時間小二個量級或者更小。這是理論值,實際上,如果不是工作站運(yùn)行的話,花費(fèi)的計算時間太長。因此,通常在fluent中選定這個比例的1/5到1/10,特別是一開始不知道如何設(shè)定的時候最好是打開adaptive 讓它自動定義定義時間步長。但其中最小的時間尺度,個人認(rèn)為最小也只能小到這個比例的1/100的這個水平上。(2)最小網(wǎng)格長度除以流速或者旋轉(zhuǎn)流動速度。這個是保證每一次迭代都在一個網(wǎng)格范圍內(nèi),不會因跨網(wǎng)格而導(dǎo)致結(jié)果誤差,但實際中計算一段時間后可能加快計算速度,會將時間步長設(shè)置較大,最后為得到最終求解,再將時間步長調(diào)小,進(jìn)行細(xì)微的計算。