Fluent中加快計算的小技巧

2016-11-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Fluent中加快計算的小技巧

1、Reorder功能

CFD計算最后都要轉(zhuǎn)化為矩陣的計算,帶狀矩陣帶寬較小,矩陣想成等計算時速度就會越快。Fluent中提供了一種Reorder工具,把矩陣中元素重新排序,把零元素集中,從而減少矩陣帶寬。其排序方法是經(jīng)典的Cuthill-McKee方法(如圖1所示),很有效。

Fluent中加快計算的小技巧

2、多重網(wǎng)格算法

迭代的過程實際上是消除誤差的過程,同一層網(wǎng)格上的高頻誤差消除速度快,而低頻誤差消除速度慢,但是較密網(wǎng)格上的低頻誤差相當于較梳網(wǎng)格上的高頻誤差。因此就出現(xiàn)了多重網(wǎng)格算法(Multigrid Method),先在原始較密的網(wǎng)格上迭代,然后將較密的網(wǎng)格聚合成較梳的網(wǎng)格,再在這個較梳的網(wǎng)格上迭代,然后把解在傳遞會原始網(wǎng)格上。網(wǎng)格層數(shù)可以有多層,解的傳遞也可以有多種方式,既有“W”方式,也有“V”方式。通過這種方式可以大大加快計算速度,在Fluent中只有基于密度的顯示算法提供了多重網(wǎng)格該算法。多重網(wǎng)格算法完全由求解器自動運行,不需要人工變化網(wǎng)格。更多的細節(jié)可以參考Fluent軟件用戶手冊。

3、合理初始流場解

理論上,定常問題的初始解可以任意給定。但是初值的好壞影響解的過程,尤其是對計算速度的影響很大,甚至影響計算能否收斂的問題。因此提供一個好的初值就可以加快計算速度。

不同的問題可以有不同的手段來提供好的初始值,比如彎管問題,如圖2所示,指定A的初始速度向左而B區(qū)的初始速度向上,這將比所有區(qū)域的速度都指定為一個方向要好的多。

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對于復(fù)雜的問題,可以先計算簡單問題,將簡單問題的解作為復(fù)雜問題的初始解來計算,如表1所示:

Fluent中加快計算的小技巧

對上表仔細體會,可以把此思想擴展到其它問題。比如噴管進口壓力很大,而出口壓力相對較小,此類問題很難一次初始化后收斂,可以考慮先提高出口邊界壓力,待計算近似收斂后,再一步一步降低出口壓力直達到真實值。航空發(fā)動機中的壓氣機計算時,如果把真實的出口壓力直接賦在出口邊界上時,經(jīng)常會導(dǎo)致返流,很難收斂,此時可以先降低出口壓力計算,待近似收斂后再逐步提高出口壓力直到真實值。

4、調(diào)節(jié)松弛因子、Courant數(shù)與離散格式

松弛因子取值范圍0~1,基于密度的顯示解算器的Courant數(shù)取值0~2,基于密度計的隱式計算器的Courant數(shù)可以去任意值。松弛因子與Courant數(shù)越大收斂速度越快,也越容易不穩(wěn)定導(dǎo)致發(fā)散。因此在解得初始階段可以降低松弛因子與Courant數(shù)的取值,待計算基本穩(wěn)定后調(diào)大取值。一階離散格式計算速度快、容易穩(wěn)定但計算精度低,而二階格式計算速度慢不容易穩(wěn)定,但是計算精度高。因此為了提高計算精度,可以先進行一階計算,待穩(wěn)定后在提高到二階。

5、調(diào)節(jié)邊界條件

對于多級壓氣機計算問題,出口壓力邊界值經(jīng)常遠大于進口壓力值,在初始計算時經(jīng)常會在此出現(xiàn)返流現(xiàn)象,計算不穩(wěn)定且速度緩慢。對于這類出口有返流的問題,可以先把出口壓力降低,待流場建立起來之后,再逐步回調(diào)到正常壓力,從而使計算壓力穩(wěn)定且速度快。

有些問題進出口壓力比值較大,如果直接以進口條件做初場計算很容易發(fā)散或者計算速度很慢。這時可以將出口壓力調(diào)高,待流場穩(wěn)定后在逐步降低出口壓力,很快收斂。

上述加快計算的小技巧經(jīng)常需要聯(lián)合匹配使用,同時需要在實際應(yīng)用中多加總結(jié)。

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