FLUENT中的求解器、算法和離散方法

2016-09-30 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

FLUENT中的求解器、算法和離散方法

作為一個非科班出身的CFD工程師,一開始常常被CFD軟件里各種概念搞的暈頭轉(zhuǎn)向。最近終于靜下心來看了看CFD理論的書,理清了一些概念。就此寫一遍博文,順便整理一下所學(xué)內(nèi)容。

I 求解器:

FLUENT中求解器的選擇在如下圖所示界面中設(shè)置:

FLUENT中的求解器主要是按照是否聯(lián)立求解各控制方程來區(qū)分的,詳見下圖:

II 算法:

算法是求解時的策略,即按照什么樣的方式和步驟進(jìn)行求解。FLUENT中算法的選擇在如下圖所示的界面中設(shè)置:

這里簡單介紹一下SIMPLE、SIMPLEC、PISO等算法的基本思想和適用范圍。

SIMPLE算法:基本思想如前面講求解器的那張圖中解釋分離式求解器的例子所示的一樣,這里再貼一遍:

1.假設(shè)初始壓力場分布。

2.利用壓力場求解動量方程,得到速度場。

3.利用速度場求解連續(xù)性方程,使壓力場得到修正。

4.根據(jù)需要,求解湍流方程及其他方程

5.判斷但前計算是否收斂。若不收斂,返回第二步。

簡單說來,SIMPLE算法就是分兩步走:第一步預(yù)測,第二步修正,即預(yù)測-修正。

SIMPLC算法:是對SIMPLE算法的一種改進(jìn),其計算步驟與SIMPLE算法相同,只是壓力修正項中的一些系數(shù)不同,可以加快迭代過程的收斂。

PISO算法:比SIMPLE算法增加了一個修正步,即分三步:第一步預(yù)測,第二步修正得到一個修正的場分布,第三步在第二步基礎(chǔ)上在進(jìn)行一側(cè)修正。即預(yù)測-修正-修正。PISO算法在求解瞬態(tài)問題時有明顯優(yōu)勢。對于穩(wěn)態(tài)問題可能SIMPLE或SIMPLEC更合適。

如果你實在不知道該如何選擇,就保持FLUENT的默認(rèn)選項好了。因為默認(rèn)選項可以很好解決70%以上的問題,而且對于大部分出了問題的計算來說,也很少是因為算法選擇不恰當(dāng)所致。

III 離散方法:

離散方法是指按照什么樣的方式將控制方程在網(wǎng)格節(jié)點離散,即將偏微分格式的控制方程轉(zhuǎn)化為各節(jié)點上的代數(shù)方程組。FLUENT中離散方法的選擇在如下圖所示的界面中設(shè)置:

簡單介紹常用的幾種離散方法:

一階迎風(fēng)格式/ Fisrst order upwind:一階迎風(fēng)格式考慮了流動方向,可以得到物理上看起來合理的解。但當(dāng)對流作用占主導(dǎo)而擴(kuò)散作用很小的時候,一階迎風(fēng)格式夸大了擴(kuò)散的影響,容易偏離真正的場分布。一階格式具有一階精度截差,當(dāng)網(wǎng)格密度不足時,一階格式的求解精度有限。

二階迎風(fēng)格式/ Second order upwind:二階格式在一階基礎(chǔ)上考慮了物理量在節(jié)點間分布曲線的曲率的影響,具有二階精度截差。

QUICK格式:QUICK格式的對流項具有三階精度截差,而擴(kuò)散項具有二階截差。QUICK格式可以減少假擴(kuò)散誤差,精度較高,但主要用用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(二維的四邊形網(wǎng)格,三維的六面體網(wǎng)格)。