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Fluent求解参数设置

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求解参数设置(Solution Methods/Solution Controls):

在设置完计算模型和边界条件后,即可开始求解计算了,因为常会出现求解不收敛或者收敛速度很慢的情况,所以就要根据具体的模型制定具体的求解策略,主要通过修改求解参数来完成。在求解参数中主要设置求解的控制方程、选择压力速度耦合方法、松弛因子、离散格式等。

在VOF模型中,PISO比较适合于不复杂的流体,SIMPLE和SIMPLEC适合于可压缩的流体或者处于封闭域中的流体。

? 求解的控制方程:

在求解参数设置中,可以选择所需要求

解的控制方程。可选择的方程包括Flow(流动方

程)、Turbulence(湍流方程)、Energy(能量方

程)、Volume Fraction(体积分数方程)等。在

求解过程中,有时为了得到收敛的解,先关闭

一些方程,等一些简单的方程收敛后,再开启

复杂的方程一起计算。

? 选择压力速度耦合方法:

在基于压力求解器中,FLUENT提供了压

力速度耦合的4种方法,即SIMPLE、

SIMPLEC(SIMPLE.Consistent)、PISO以及

Coupled。定常状态计算一般使用SIMPLE或者

SIMPLEC方法,对于过渡计算推荐使用PISO方

法。PISO方法还可以用于高度倾斜网格的定常

状态计算和过渡计算。需要注意的是压力速度

耦合只用于分离求解器,在耦合求解器中不可

以使用。

在FLUENT中,可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC算法,默认是SIMPLE算法,但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弛迭代时。

对于相对简单的问题(如没有附加模型激活的层流流动),其收敛性可以被压力速度耦合所限制,用户通常可以使用SIMPLEC算法很快得到收敛解。在SIMPLEC算法中,压力校正亚松弛因子通常设为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可能会导致流动不稳定,对于这种情况,则需要使用更为保守的亚松弛或者使用SIMPLE算法。对于包含湍流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就会提高收敛性,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。

对于所有的过渡流动计算,推荐使用PISO算法邻近校正。它允许用户使用大的时间步,而且对于动量和压力都可以使用亚松弛因子1.0。对于定常状态问题,具有邻近校正的PISO并不会比具有较好的亚松弛因子的SIMPLE或SIMPLEC好。对于具有较大扭曲网格上的定常状态和过渡计算推荐使用PISO倾斜校正。

当使用PISO邻近校正时,对所有方程都推荐使用亚松弛因子为1.0或者接近1.0。如果只对高度扭曲的网格使用PISO倾斜校正,则要设定动量和压力的亚松弛因子之和为1.0(例如,压力亚松弛因子0.3,动量亚松弛因子0.7)。

? 松弛因子:

在求解过程中,控制变量的变化是很必要的,这就是通过松弛因子来实现的。它控制变量在每次迭代中的变化,也就是说,变量的新值为原值加上变化量乘以松弛因子。

松弛因子可控制收敛的速度和改善收敛的状

况:

?为1,相当于不用松弛因子

?大于1,为超松弛因子人,加快收敛速度

?小于1,欠松弛因子,改善收敛的条件

一般来讲,大家都是在收敛不好的时候,

采用一个较小的欠松弛因子。 Fluent里面用的

是欠松弛,主要防止两次迭代值相差太大引起

发散。

松弛因子的值在0~1之间,越小表示两

次迭代值之间变化越小,也就越稳定,但收敛

也就越慢。

使用默认的亚松弛因子开始计算是很好的习

惯,对于大多数流动,不需要修改默认亚松弛

因子,如果经过4~5步的迭代,残差仍然增长,就需要减小亚松弛因子。压力、动量、k和ε的亚松弛因子默认值分别为0.3、0.7、0.8 和0.8。对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问题中(如相当高的Rayleigh曲数的自然或混合对流流动),应该对温度或密度(所用的亚松弛因子小于1.0 )的亚松弛因子进行设置。当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度是常数,温度的亚松弛因子可以设1.0。对于其他的标量方程,如漩涡、组分、PDF变量,对于某些问题默认的亚松弛因子可能过大,尤其是对于初始计算,可以将松弛因子设为0.8以使收敛更容易。

? 离散格式:

当流动与网格对齐时,如使用四边形/六面体网格模拟层流流动,使用一阶精度离散格式是可以接受的。但当流动斜穿网格线时,一阶精度格式将产生明显的离散误差(数值扩散)。因此,对于2D三角形及3D四面体网格,注意要使用二阶精度格式,对复杂流动更是如此。一般来讲,在一阶精度格式下容易收敛,但精度较差,有时,为了加快计算速度,可先在一阶精度格式下计算,然后再转到二阶精度格式下计算。如果使用二阶精度格式遇到难于收敛的情况,则考虑改换一阶精度格式来计算。

对于转动及有旋流的计算,在使用四边形/六面体网格时,具有三阶精度的QUICK 格式可能产生比二阶精度更好的结果。但是,一般情况下,用二阶精度就已足够,即使使用QUICK格式,结果也不一定好。乘方格式一般产生与一阶精度格式相同的精度结果。中心差分格式一般只用于大涡模拟模型,而且要求网格很细的情况。

(注:专业文档是经验性极强的领域,无法思考和涵盖全面,素材和资料部分来自网络,供参考。可复制、编制,期待你的好评与关注)

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