2016年離散相參數(shù)設(shè)置超級(jí)詳細(xì)版

2017-01-15 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

2016年離散相參數(shù)設(shè)置超級(jí)詳細(xì)版

一、耦合和非耦合

離散相計(jì)算分為兩種,耦合和非耦合,也就是市面說(shuō)的雙項(xiàng)耦合(耦合)和單項(xiàng)耦合(非耦合)。這種說(shuō)法其實(shí)是不準(zhǔn)確的,還是按照fluent 官方文件的用法叫做Uncoupledvs. Coupled DPM 耦合和非耦合

1非耦合 Uncoupled DPM

這種最簡(jiǎn)單,它的意思是你的連續(xù)相(也就是流場(chǎng))計(jì)算可以是steady(定常/穩(wěn)態(tài)流場(chǎng))也可以是unsteady(非定常/瞬態(tài)/transient)。這兩種連續(xù)相的流場(chǎng)中離散相計(jì)算都可以用非耦合粒子計(jì)算。非耦合的意思是什么呢?就是你先要把連續(xù)相流場(chǎng)計(jì)算好了之后,就是計(jì)算收斂之后。進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理時(shí)候。把離散相打開(kāi),按照下面的圖流程去操作,前提是流場(chǎng)已經(jīng)收斂了,

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圖一打開(kāi)離散相為On 這一步大家都會(huì)吧

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圖二因?yàn)槭?b>非耦合這一步只需要設(shè)置 紅方框里面的這些選項(xiàng)即可上面的其他都不要設(shè)置

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圖三省略就是設(shè)置上圖的

設(shè)置好了之后直接去后處理就行了,后處理時(shí)候fluent會(huì)默認(rèn)幫你算了DPM,是,當(dāng)你顯示軌跡的時(shí)候,fluent里面會(huì)顯示類似下圖的文字。。。

到這里非耦合計(jì)算就講完了。非耦合計(jì)算原理是不考慮離散相對(duì)連續(xù)相的影響,就是離散相的動(dòng)量、質(zhì)量、溫度等信息不會(huì)反饋給流場(chǎng),因?yàn)槟懔鲌?chǎng)事先已經(jīng)計(jì)算收斂了,不能變了,當(dāng)你開(kāi)DPM時(shí)候,就是通過(guò)流場(chǎng)的信息計(jì)算DPM了。他是流場(chǎng)產(chǎn)生DPM場(chǎng)的概念。

2 耦合計(jì)算Coupled DPM

耦合計(jì)算相對(duì)復(fù)雜,不過(guò)也是大家做科研都需要用的,我想上面的那種非耦合基本沒(méi)人用。耦合計(jì)算就是DPM和Fluid流場(chǎng)計(jì)算是同時(shí)進(jìn)行的。但是一個(gè)重要誤區(qū)是,網(wǎng)上說(shuō)這種計(jì)算是計(jì)算流場(chǎng)前先把DPM設(shè)置參數(shù)都設(shè)置好再算,其實(shí)是錯(cuò)誤的,因?yàn)?/span>Fluent 官方文件是說(shuō)先把流場(chǎng)計(jì)算有個(gè)初始結(jié)果后再開(kāi)DPM共同計(jì)算然后進(jìn)入最后的收斂狀態(tài)。順序就是先計(jì)算流場(chǎng)計(jì)算收斂,然后開(kāi)DPM,然后再繼續(xù)計(jì)算到共同收斂。

首先你把連續(xù)相流場(chǎng)計(jì)算收斂了。然后按下圖開(kāi)DPM設(shè)置

圖一打開(kāi)離散相為On 這一步大家都會(huì)吧

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圖二開(kāi)DPM 這時(shí)候紅色方框里面的是必須設(shè)置選項(xiàng)!!!

圖三還是設(shè)置Injection 就是粒子的速度 數(shù)量 等信息。

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到這里已經(jīng)設(shè)置完耦合計(jì)算的參數(shù),這時(shí)候就可以計(jì)算了,耦合計(jì)算的原理就是流場(chǎng)計(jì)算一會(huì),離散相計(jì)算一會(huì),這兩次的數(shù)據(jù)有交換,離散相對(duì)連續(xù)相的動(dòng)量 mass 溫度等信息都會(huì)改變,流場(chǎng)計(jì)算也會(huì)改變離散相粒子的物理信息。

二、steady和unsteady 粒子追蹤

離散相粒子的追蹤方式有兩種,是steady追蹤和unsteady追蹤。也就是市面上說(shuō)的穩(wěn)態(tài)追蹤(steady)和非穩(wěn)態(tài)追蹤(unsteady)。這個(gè)市面上解釋的還算靠譜,我簡(jiǎn)要說(shuō)下

1 steady追蹤

Steady追蹤離散相從射入口起始位置開(kāi)始計(jì)算,他是根據(jù)你設(shè)置的連續(xù)相流場(chǎng)迭代步間隔開(kāi)始計(jì)算一次。等到計(jì)算結(jié)束,離散相也終止了計(jì)算,但是你要保證整個(gè)計(jì)算結(jié)束后離散相的軌跡計(jì)算已經(jīng)推進(jìn)到流場(chǎng)的末端才行。

即必須選擇 Interactionwith ContinuousPhase 選項(xiàng),并指定大于0的 Number of Continuous Phase Iterations Per DPMIteration 值。顆粒軌跡追蹤方式為,每隔此連續(xù)相迭代步數(shù), DPM 求解器對(duì)每個(gè)顆粒進(jìn)行一輪包含一步或多步的軌跡計(jì)算。每一步, DPM 求解器計(jì)算顆粒從當(dāng)前狀態(tài)(位置、速度、尺寸、溫度等)起在積分時(shí)間(即一個(gè)顆粒時(shí)間步長(zhǎng))內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡以及動(dòng)量、質(zhì)量和能量損益,并得到更新的顆粒狀態(tài)。同時(shí),在每一個(gè)顆粒時(shí)間步噴射一次顆粒。一輪軌跡計(jì)算得到的分散相顆粒的動(dòng)量、質(zhì)量和能量損益將在下一個(gè)連續(xù)相迭代步計(jì)入連續(xù)相源項(xiàng)。積分時(shí)間步長(zhǎng)和每一輪的步數(shù)由用戶給定。這樣,隨著連續(xù)相迭代的進(jìn)行,顆粒將逐輪、逐步地向前推進(jìn)。

2 unsteady 追蹤

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如圖所示,unsteady追蹤就是開(kāi)下圖的紅方框設(shè)置。

如圖所示,unsteady追蹤就是圖的紅方框設(shè)置。

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設(shè)置完上面后你還需要設(shè)置顆粒釋放 start time 和stoptime

初學(xué)者很容易忽略start time 和stoptime 的設(shè)置!!一定要切記設(shè)置!

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解釋:

1、流體相(連續(xù)相)每次迭代20步,開(kāi)始進(jìn)行離散相的計(jì)算

2、Particletime steps為0.001s代表,顆粒相每0.001s追蹤一次,但是,在開(kāi)始計(jì)算階段,粒子一邊釋放一邊追蹤,釋放完成后也在追蹤

3、Numberof time steps代表每次追蹤的步數(shù),當(dāng)然,開(kāi)始階段是在不斷釋放顆粒,你會(huì)看到顆粒數(shù)不斷增加。

4、starttime代表開(kāi)始釋放粒子的時(shí)刻,認(rèn)為應(yīng)在在流體流完整個(gè)流道再開(kāi)始注射,流體流過(guò)模型的長(zhǎng)度L除以速度V,即Start=L/V合適。

我再次解釋一下,unsteady追蹤參數(shù)的原理,想必大家還是不太清楚,市面上的解釋會(huì)讓家看的頭大!

主要是這幾個(gè)參數(shù)的關(guān)系:

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這個(gè)參數(shù)代表連續(xù)相迭代20步開(kāi)始執(zhí)行離散相的非穩(wěn)態(tài)追蹤,至于離散相是怎么具體計(jì)算的追蹤的,要看參數(shù)B和C

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Particle Time step size代表粒子從start time(見(jiàn)下面參數(shù)C)開(kāi)始注入流場(chǎng),每隔0.05s注射一次,比如start time=0.001s, 每次注射224個(gè)粒子的話,那么0.001s開(kāi)始注入第一個(gè)224個(gè)粒子,0.051s注入第二個(gè)224個(gè)粒子,0.101s注入第三個(gè)224個(gè)粒子,是隔著時(shí)間步不斷注入粒子的過(guò)程,每次注射后的粒子都在計(jì)算,都在向前推進(jìn),都在向前運(yùn)動(dòng)。

舉例如下:

如果Number of Time steps 設(shè)置為1 ,那么開(kāi)始執(zhí)行計(jì)算n個(gè)迭代步步后可以看到粒子如下,當(dāng)前迭代步是1940,紅框總追蹤到13440個(gè)粒子,那么下一個(gè)時(shí)間步繼續(xù)看下圖。

那么下一個(gè)時(shí)間步繼續(xù)看下圖。

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那么下一個(gè)時(shí)間步繼續(xù)看下圖。

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那么這個(gè)圖和上個(gè)圖的區(qū)別大家看到了嗎,當(dāng)前迭代步是1960步,上張圖是1940,經(jīng)過(guò)了20個(gè)迭代步,這個(gè)20就是參數(shù)最上面提到的參數(shù)A。現(xiàn)在紅框粒子數(shù)量變成了13664個(gè)。

13664-13440=224個(gè),因?yàn)槊看稳肟诙际亲⑷?/span>224個(gè)粒子,224是我設(shè)置的入口粒子group注入,group注入方式是根據(jù)入口截面網(wǎng)格密度而定的顆粒數(shù)量。

那么現(xiàn)在繼續(xù)舉例,將上面的參數(shù),Number of Time steps 設(shè)置為5,注意了,這次變?yōu)?/span>5了。

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現(xiàn)在紅色方框大家看到了,每經(jīng)過(guò)20個(gè)連續(xù)流場(chǎng)的迭代步后,顆粒一次性注入5次,每次224個(gè),數(shù)量不斷疊加增大。每次注射的同時(shí),先前注射的粒子一直在進(jìn)行著向前推進(jìn)的運(yùn)動(dòng)計(jì)算。

現(xiàn)在解釋Particle Time step size=0.05s的意思。大家明白了嗎?其實(shí)很容易理解了,拿上面的粒子看,我們每20步釋放一次顆粒,只要顆粒釋放了就在計(jì)算推進(jìn)軌跡,新加入的新計(jì)算,先前的一直在計(jì)算。那么這個(gè)0.05s的時(shí)間間隔是什么意思呢?就是每20個(gè)迭代步顆粒前進(jìn)0.05s,而先前注入的粒子前進(jìn)了當(dāng)前總迭代步數(shù)除以20個(gè)0.05s,比如上圖,當(dāng)前迭代步是1980步,那么start time=0.001s開(kāi)始注入的粒子前進(jìn)了1980/20*0.05s=4.95s了。后面的粒子分別前進(jìn)了4.90s 4.85s 4.80s ……0.05s,是這樣的規(guī)律,但是粒子跑完整個(gè)流場(chǎng)有個(gè)總的時(shí)間跨度,所以需要設(shè)置下面的參數(shù)C start time 和stop time.

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現(xiàn)在介紹參數(shù)C。strat time就是顆粒開(kāi)始釋放的時(shí)間,是人為規(guī)定的。你隨便定義就好。還是拿上面粒子20迭代步舉例。比如設(shè)置start time 為0.001s, 那么,你設(shè)置好DPM第一次執(zhí)行計(jì)算時(shí)候,流場(chǎng)迭代了20步后,粒子開(kāi)始釋放,這個(gè)第一次釋放的時(shí)刻就是0.001s,同理,如果你設(shè)置start time 為1s,你設(shè)置好DPM第一次執(zhí)行計(jì)算時(shí)候,流場(chǎng)迭代了20步后,粒子開(kāi)始釋放,這個(gè)第一次釋放的時(shí)刻就是1s。所以start time是一個(gè)參考值,不具有意義,意義是stop time和start time的時(shí)間差。現(xiàn)在我們解釋這個(gè)時(shí)間差具體迭代總步數(shù)的關(guān)系。還是上圖的粒子。如果start time 設(shè)置為0.001s,stop time 設(shè)置為0.5s,那么時(shí)間差是0.5s-0.001s=0.499s. 這個(gè)時(shí)間跨度是0.499s,我們的粒子是每隔20隔迭代步釋放一次,為了保證我們最初的粒子是走完了整個(gè)流場(chǎng),那么你需要多少個(gè)20隔迭代步數(shù)呢?答案很明顯了。那就是0.499s/0.05s*20大約等于200.那么下圖的紅方框的總迭代步數(shù)至少大于200.

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到此,就講完了上面三個(gè)參數(shù)ABC和總計(jì)算的迭代步數(shù)的關(guān)系。

這里需要提醒大家一下的是,粒子跑完整個(gè)流場(chǎng)大約需要多長(zhǎng)時(shí)間呢?這個(gè)需要你自己估計(jì)。比如你的模型是一個(gè)圓管從一端注入粒子,粒子注入速度是1m/S,圓管長(zhǎng)度是1m,那么你的粒子大約1s就可以跑完整個(gè)流場(chǎng)。這時(shí)候你的stop time和start time的時(shí)間差值至少要大于1s才能保證跑完全程,比如你可以設(shè)置strat time =0s,stop time=1.5s ,這時(shí)候差值是1.5s>1s 就可以保證跑完全程了。這時(shí)候如果迭代步設(shè)置為20步間隔進(jìn)行一次離散相注入的話,如果Particle Time step size設(shè)置為0.05s間隔的話,那么總的迭代步數(shù)至少是1.5s/0.05*20大約600步,迭代步下圖紅框你至少要大于600。

到此,這些參數(shù)的介紹就完畢了。

下面補(bǔ)充一下,你怎么知道粒子是否真的跑夠了stop time呢?就是說(shuō)如果stop time 設(shè)置的是0.5s,我們?cè)趺创_認(rèn)start time 時(shí)刻注入的粒子跑夠了0.5s呢?其實(shí)很簡(jiǎn)單,當(dāng)你看到下圖紅方框,粒子追蹤總個(gè)數(shù)不再變化就說(shuō)明跑完了,因?yàn)槟銢](méi)注入一次粒子就會(huì)增加一次,當(dāng)粒子總數(shù)量不再變化時(shí)候,就說(shuō)明粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間夠了stop time,這時(shí)候就不再注入粒子了,這時(shí)候就意味這粒子軌跡還在計(jì)算,但是不再新注入新顆粒了。等待計(jì)算結(jié)束后處理即可。