fluent里的常見問題

2016-12-09 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1 什么叫松弛因子?松弛因子對(duì)計(jì)算結(jié)果有什么樣的影響?它對(duì)計(jì)算的收斂情況又有什么樣的影響?
1、亞松馳(Under Relaxation):所謂亞松馳就是將本層次計(jì)算結(jié)果與上一層次結(jié)果的差值作適當(dāng)縮減,以避免由于差值過大而引起非線性迭代過程的發(fā)散。用通用變量來寫出時(shí),為松馳因子(Relaxation Factors)?！稊?shù)值傳熱學(xué)-214》
2、FLUENT中的亞松馳:由于FLUENT所解方程組的非線性,我們有必要控制的變化。一般用亞松馳方法來實(shí)現(xiàn)控制,該方法在每一部迭代中減少了的變化量。亞松馳最簡(jiǎn)單的形式為:單元內(nèi)變量等于原來的值加上亞松馳因子a與變化的積, 分離解算器使用亞松馳來控制每一步迭代中的計(jì)算變量的更新。這就意味著使用分離解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他標(biāo)量)都會(huì)有一個(gè)相關(guān)的亞松馳因子。在FLUENT中,所有變量的默認(rèn)亞松馳因子都是對(duì)大多數(shù)問題的最優(yōu)值。這個(gè)值適合于很多問題,但是對(duì)于一些特殊的非線性問題(如:某些湍流或者高Rayleigh數(shù)自然對(duì)流問題),在計(jì)算開始時(shí)要慎重減小亞松馳因子。使用默認(rèn)的亞松馳因子開始計(jì)算是很好的習(xí)慣。如果經(jīng)過4到5步的迭代殘差仍然增長(zhǎng),你就需要減小亞松馳因子。有時(shí)候,如果發(fā)現(xiàn)殘差開始增加,你可以改變亞松馳因子重新計(jì)算。在亞松馳因子過大時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)這種情況。最為安全的方法就是在對(duì)亞松馳因子做任何修改之前先保存數(shù)據(jù)文件,并對(duì)解的算法做幾步迭代以調(diào)節(jié)到新的參數(shù)。最典型的情況是,亞松馳因子的增加會(huì)使殘差有少量的增加,但是隨著解的進(jìn)行殘差的增加又消失了。如果殘差變化有幾個(gè)量級(jí)你就需要考慮停止計(jì)算并回到最后保存的較好的數(shù)據(jù)文件。注意:粘性和密度的亞松馳是在每一次迭代之間的。而且,如果直接解焓方程而不是溫度方程(即:對(duì)PDF計(jì)算),基于焓的溫度的更新是要進(jìn)行亞松馳的。要查看默認(rèn)的亞松弛因子的值,你可以在解控制面板點(diǎn)擊默認(rèn)按鈕。對(duì)于大多數(shù)流動(dòng),不需要修改默認(rèn)亞松弛因子。但是,如果出現(xiàn)不穩(wěn)定或者發(fā)散你就需要減小默認(rèn)的亞松弛因子了,其中壓力、動(dòng)量、k和e的亞松弛因子默認(rèn)值分別為0.2,0.5,0.5和0.5。對(duì)于SIMPLEC格式一般不需要減小壓力的亞松弛因子。在密度和溫度強(qiáng)烈耦合的問題中,如相當(dāng)高的Rayleigh數(shù)的自然或混合對(duì)流流動(dòng),應(yīng)該對(duì)溫度和/或密度(所用的亞松弛因子小于1.0)進(jìn)行亞松弛。相反,當(dāng)溫度和動(dòng)量方程沒有耦合或者耦合較弱時(shí),流動(dòng)密度是常數(shù),溫度的亞松弛因子可以設(shè)為1.0。對(duì)于其它的標(biāo)量方程,如漩渦,組分,PDF變量,對(duì)于某些問題默認(rèn)的亞松弛可能過大,尤其是對(duì)于初始計(jì)算。你可以將松弛因子設(shè)為0.8以使得收斂更容易。
SIMPLE與SIMPLEC比較
在FLUENT中,可以使用標(biāo)準(zhǔn)SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默認(rèn)是SIMPLE算法,但是對(duì)于許多問題如果使用SIMPLEC可能會(huì)得到更好的結(jié)果,尤其是可以應(yīng)用增加的亞松馳迭代時(shí),具體介紹如下:
對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的問題(如:沒有附加模型激活的層流流動(dòng)),其收斂性已經(jīng)被壓力速度耦合所限制,你通?？梢杂肧IMPLEC算法很快得到收斂解。在SIMPLEC中,壓力校正亞松馳因子通常設(shè)為1.0,它有助于收斂。但是,在有些問題中,將壓力校正松弛因子增加到1.0可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定。對(duì)于所有的過渡流動(dòng)計(jì)算,強(qiáng)烈推薦使用PISO算法鄰近校正。它允許你使用大的時(shí)間步,而且對(duì)于動(dòng)量和壓力都可以使用亞松馳因子1.0。對(duì)于定常狀態(tài)問題,具有鄰近校正的PISO并不會(huì)比具有較好的亞松馳因子的SIMPLE或SIMPLEC好。對(duì)于具有較大扭曲網(wǎng)格上的定常狀態(tài)和過渡計(jì)算推薦使用PISO傾斜校正。當(dāng)你使用PISO鄰近校正時(shí),對(duì)所有方程都推薦使用亞松馳因子為1.0或者接近1.0。如果你只對(duì)高度扭曲的網(wǎng)格使用PISO傾斜校正,請(qǐng)?jiān)O(shè)定動(dòng)量和壓力的亞松馳因子之和為1.0比如:壓力亞松馳因子0.3,動(dòng)量亞松馳因子0.7)。如果你同時(shí)使用PISO的兩種校正方法,推薦參閱PISO鄰近校正中所用的方法
2 在FLUENT運(yùn)行過程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“turbulence viscous rate”超過了極限值,此時(shí)如何解決?而這里的極限值指的是什么值?修正后它對(duì)計(jì)算結(jié)果有何影響
Let's take care of the warning "turbulentviscosity limited to viscosity ratio****" which is not physical. Thisproblem is mainly due to one of the following:
1)Poor mesh quality(i.e.,skewness > 0.85 forQuad/Hex, or skewness > 0.9 for Tri/Tetra elements). {what values do youhave?}
2)Use of improper turbulent boudary conditions.
3)Not supplying good initial values for turbulentquantities.
出現(xiàn)這個(gè)警告,一般來講,最可能的就是網(wǎng)格質(zhì)量的問題,尤其是Y+值的問題;在劃分網(wǎng)格的時(shí)候要注意,第一層網(wǎng)格高度非常重要,可以使用NASA的Viscous Grid Space Calculator來計(jì)算第一層網(wǎng)格高度;如果這方面已經(jīng)注意了,那就可能是邊界條件中有關(guān)湍流量的設(shè)置問題,
3 在FLUENT運(yùn)行計(jì)算時(shí),為什么有時(shí)候總是出現(xiàn)“reversed flow”?其具體意義是什么?有沒有辦法避免?如果一直這樣顯示,它對(duì)最終的計(jì)算結(jié)果有什么樣的影響?
這個(gè)問題的意思是出現(xiàn)了回流,這個(gè)問題相對(duì)于湍流粘性比的警告要寬松一些,有些case可能只在計(jì)算的開始階段出現(xiàn)這個(gè)警告,隨著迭代的計(jì)算,可能會(huì)消失,如果計(jì)算一段時(shí)間之后,警告消失了,那么對(duì)計(jì)算結(jié)果是沒有什么影響的,如果這個(gè)警告一直存在,可能需要作以下處理:
1.如果是模擬外部繞流,出現(xiàn)這個(gè)警告的原因可能是邊界條件取得距離物體不夠遠(yuǎn),如果邊界條件取的足夠遠(yuǎn),該處可能在計(jì)算的過程中的確存在回流現(xiàn)象;對(duì)于可壓縮流動(dòng),邊界最好取在10倍的物體特征長(zhǎng)度之處;對(duì)于不可壓縮流動(dòng),邊界最好取在4倍的物體特征長(zhǎng)度之處。
2.如果出現(xiàn)了這個(gè)警告,不論對(duì)于外部繞流還是內(nèi)部流動(dòng),可以使用pressure-outlet邊界條件代替outflow邊界條件改善這個(gè)問題。
4 什么叫問題的初始化?在FLUENT中初始化的方法對(duì)計(jì)算結(jié)果有什么樣的影響?初始化中的“patch”怎么理解?
問題的初始化就是在做計(jì)算時(shí),給流場(chǎng)一個(gè)初始值,包括壓力、速度、溫度和湍流系數(shù)等。理論上,給的初始場(chǎng)對(duì)最終結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生影響,因?yàn)殡S著跌倒步數(shù)的增加,計(jì)算得到的流場(chǎng)會(huì)向真實(shí)的流場(chǎng)無限逼近,但是,由于Fluent等計(jì)算軟件存在像離散格式精度(會(huì)產(chǎn)生離散誤差)和截?cái)嗾`差等問題的限制,如果初始場(chǎng)給的過于偏離實(shí)際物理場(chǎng),就會(huì)出現(xiàn)計(jì)算很難收斂,甚至是剛開始計(jì)算就發(fā)散的問題。因此,在初始化時(shí),初值還是應(yīng)該給的盡量符合實(shí)際物理現(xiàn)象。這就要求我們對(duì)要計(jì)算的物理場(chǎng),有一個(gè)比較清楚的理解。
初始化中的patch就是對(duì)初始化的一種補(bǔ)充,比如當(dāng)遇到多相流問題時(shí),需要對(duì)各相的參數(shù)進(jìn)行更細(xì)的限制,以最大限度接近現(xiàn)實(shí)物理場(chǎng)。這些就可以通過patch來實(shí)現(xiàn),patch可以對(duì)流場(chǎng)分區(qū)進(jìn)行初始化,還可以通過編寫簡(jiǎn)單的函數(shù)來對(duì)特定區(qū)域初始化。
5 什么叫PDF方法?FLUENT中模擬煤粉燃燒的方法有哪些?
概率密度函數(shù)輸運(yùn)輸運(yùn)方程方法(PDF方法)是近年來逐步建立起來的描述湍流兩相流動(dòng)的新模型方法。所謂的概率密度函數(shù)(Probability Density Function,簡(jiǎn)稱PDF)方法是基于湍流場(chǎng)隨機(jī)性和概率統(tǒng)計(jì)描述,將流場(chǎng)的速度、溫度和組分濃度等特征量作為隨機(jī)變量,研究其概率密度函數(shù)在相空間的傳遞行為的研究方法。PDF模型介于統(tǒng)觀模擬和細(xì)觀模擬之間,是從隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的分子動(dòng)力論和兩相湍流的基本守恒定律出發(fā),探討兩相湍流的規(guī)律,因此可作為發(fā)展雙流體模型框架內(nèi)兩相湍流模型的理論基礎(chǔ)。它實(shí)質(zhì)上是溝通E-L模型和E-E模型的橋梁,可以用顆粒運(yùn)動(dòng)的拉氏分析通過統(tǒng)計(jì)理論,即PDF方程的積分建立封閉的E-E兩相湍流模型
非預(yù)混湍流燃燒過程的正確模擬要求同時(shí)模擬混合和化學(xué)反應(yīng)過程。FLUENT 提供了四種反應(yīng)模擬方法:即有限率反應(yīng)法、混合分?jǐn)?shù)PDF 法、不平衡(火焰微元)法和預(yù)混燃燒法?；鹧嫖⒃ㄊ腔旌戏?jǐn)?shù)PDF 方法的一種特例。該方法是基于不平衡反應(yīng)的,混合分?jǐn)?shù)PDF 法不能模擬的不平衡現(xiàn)象如火焰的懸舉和熄滅,NOx 的形成等都可用該方法模擬。但由于該方法還未完善,在FLUENT 只能適用于絕熱模型。
對(duì)許多燃燒系統(tǒng),輻射式主要的能量傳輸方式,因此在模擬燃燒系統(tǒng)時(shí),對(duì)輻射能量的傳輸?shù)哪M也是非常重要的。在FLUENT中,對(duì)于模擬該過程的模型也是非常全面的。包括DTRM、P-1、Rosseland、DO 輻射模型,還有用WSGG 模型來模擬吸收系數(shù)。
6 在FLUENT的學(xué)習(xí)過程中,通常會(huì)涉及幾個(gè)壓力的概念,比如壓力是相對(duì)值還是絕對(duì)值?參考?jí)毫τ泻巫饔?如何設(shè)置和利用它?
GAUGE PRESSURE 就是靜壓。
GAUGE total PRESSURE 是總壓。
這里需要強(qiáng)調(diào)一下 Gauge為名義值,
什么意思呢?如果, INITIAL Gauge PRESSURE =0
那么 GAUGE PRESSURE 就是實(shí)際的靜壓Pinf。
GAUGE total PRESSURE 是實(shí)際的總壓Pt。
如果INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零
GAUGE PRESSURE = Pinf -INITIAL Gauge PRESSURE
GAUGE total PRESSURE = Pt -INITIAL Gauge PRESSURE
7 在FLUENT結(jié)果的后處理過程中,如何將美觀漂亮的定性分析的效果圖和定量分析示意圖插入到論文中來說明問題?
三種方法來得到用于插入到論文的圖片:
1.在Fluent中顯示你想得到的效果圖的窗口,可以直接在任務(wù)欄中右鍵該窗口將其復(fù)制到剪貼板,保存;或者打印到文件,保存。
2.在Fluent中,在你想要保存相關(guān)窗口的效果圖時(shí),首先激活效果圖監(jiān)視窗口,就是用鼠標(biāo)左鍵監(jiān)視窗口,然后在Fluent中操作,Fluent->File->Hardcopy...,選擇好你想要的圖片格式,然后就可以保存了。
3.將計(jì)算結(jié)果或者相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Tecplot中,然后作出你想要的效果圖,這種方法得出的圖片,個(gè)人感覺比Fluent得到的圖片美觀簡(jiǎn)潔大方
8 在FLUENT定義速度入口時(shí),速度入口的適用范圍是什么?湍流參數(shù)的定義方法有哪些?各自有什么不同?
速度入口的邊界條件適用于不可壓流動(dòng),需要給定進(jìn)口速度以及需要計(jì)算的所有標(biāo)量值。速度入口邊界條件不適合可壓縮流動(dòng),否則入口邊界條件會(huì)使入口處的總溫或總壓有一定的波動(dòng)。
9 分離式求解器和耦合式求解器的適用場(chǎng)合是什么?分析兩種求解器在計(jì)算效率與精度方面的區(qū)別
分離式求解器以前主要用于不可壓縮流動(dòng)和微可壓流動(dòng),而耦合式求解器用于高速可壓流動(dòng)。現(xiàn)在,兩種求解器都適用于從不可壓到高速可壓的很大范圍的流動(dòng),但總的來講,當(dāng)計(jì)算高速可壓流動(dòng)時(shí),耦合式求解器比分離式求解器更有優(yōu)勢(shì)。
Fluent默認(rèn)使用分離式求解器,但是,對(duì)于高速可壓流動(dòng),由強(qiáng)體積力(如浮力或者旋轉(zhuǎn)力)導(dǎo)致的強(qiáng)耦合流動(dòng),或者在非常精細(xì)的網(wǎng)格上求解的流動(dòng),需要考慮耦合式求解器。耦合式求解器耦合了流動(dòng)和能量方程,常常很快便可以收斂。耦合式求解器所需要的內(nèi)存約是分離式求解器的1.5到2倍,選擇時(shí)可以根據(jù)這一情況來權(quán)衡利弊。在需要耦合隱式的時(shí)候,如果計(jì)算機(jī)內(nèi)存不夠,就可以采用分離式或耦合顯式。耦合顯式雖然也耦合了流動(dòng)和能量方程,但是它還是比耦合隱式需要的內(nèi)存少,當(dāng)然它的收斂性也相應(yīng)差一些。
需要注意的是,在分離式求解器中提供的幾個(gè)物理模型,在耦合式求解器中是沒有的。這些物理模型包括:流體體積模型(VOF),多項(xiàng)混合模型,歐拉混合模型,PDF燃燒模型,預(yù)混合燃燒模型,部分預(yù)混合燃燒模型,煙灰和NOx模型,Rosseland輻射模型,熔化和凝固等相變模型,指定質(zhì)量流量的周期流動(dòng)模型,周期性熱傳導(dǎo)模型和殼傳導(dǎo)模型等。
而下列物理模型只在耦合式求解器中有效,在分離式求解器中無效:理想氣體模型,用戶定義的理想氣體模型,NIST理想氣體模型,非反射邊界條件和用于層流火焰的化學(xué)模型。
10 FLUENT中常用的文件格式類型:dbs,msh,cas,dat,trn,jou,profile等有什么用處?
在Gambit目錄中,有三個(gè)文件,分別是default_id.dbs,jou,trn文件,對(duì)Gambit運(yùn)行save,將會(huì)在工作目錄下保存這三個(gè)文件:default_id.dbs,default_id.jou,default_id.trn。
jou文件是gambit命令記錄文件,可以通過運(yùn)行jou文件來批處理gambit命令;
dbs文件是gambit默認(rèn)的儲(chǔ)存幾何體和網(wǎng)格數(shù)據(jù)的文件;
trn文件是記錄gambit命令顯示窗(transcript)信息的文件;
msh文件可以在gambit劃分網(wǎng)格和設(shè)置好邊界條件之后export中選擇msh文件輸出格式,該文件可以被fluent求解器讀取。
Case文件包括網(wǎng)格,邊界條件,解的參數(shù),用戶界面和圖形環(huán)境。
Data文件包含每個(gè)網(wǎng)格單元的流動(dòng)值以及收斂的歷史紀(jì)錄(殘差值)。Fluent自動(dòng)保存文件類型,默認(rèn)為date和case文件
Profile文件邊界輪廓用于指定求解域的邊界區(qū)域的流動(dòng)條件。例如,它們可以用于指定入口平面的速度場(chǎng)。
讀入輪廓文件,點(diǎn)擊菜單File/Read/Profile...彈出選擇文件對(duì)話框,你就可以讀入邊界輪廓文件了。
寫入輪廓文件,你也可以在指定邊界或者表面的條件上創(chuàng)建輪廓文件。例如:你可以在一個(gè)算例的出口條件中創(chuàng)建一個(gè)輪廓文件,然后在其它算例中讀入該輪廓文件,并使用出口輪廓作為新算例的入口輪廓。要寫一個(gè)輪廓文件,你需要使用Write Profile面板(Figure 1),菜單:File/Write/Profile
11 在計(jì)算區(qū)域內(nèi)的某一個(gè)面(2D)或一個(gè)體(3D)內(nèi)定義體積熱源或組分質(zhì)量源。如何把這個(gè)zone定義出來?而且這個(gè)zone仍然是流體流動(dòng)的。
在gambit中先將需要的zone定義出來,對(duì)于要隨流體流動(dòng)我覺得這個(gè)可以用動(dòng)網(wǎng)格來處理在動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置界面將這個(gè)隨流體流動(dòng)的zone設(shè)置成剛體這樣既可以作為zone不影響流體流通也可以隨流體流動(dòng)只是其運(yùn)動(dòng)的udf不好定義最好根據(jù)其流動(dòng)規(guī)律編動(dòng)網(wǎng)格udf
12 如何選擇單、雙精度解算器的選擇
Fluent的單雙精度求解器適合于所有的計(jì)算平臺(tái),在大多數(shù)情況下,單精度求解器就能很好地滿足計(jì)算精度要求,且計(jì)算量小。
但在有些情況下推薦使用雙精度求解器:
1, 如果幾何體包含完全不同的尺度特征(如一個(gè)長(zhǎng)而壁薄的管),用雙精度的;
2, 如果模型中存在通過小直徑管道相連的多個(gè)封閉區(qū)域,不同區(qū)域之間存在很大的壓差,用雙精度。
3, 對(duì)于有較高的熱傳導(dǎo)率的問題或?qū)τ谟休^大的長(zhǎng)寬比的網(wǎng)格,用雙精度。