fluent：SIMPLE與SIMPLEC比較

2017-03-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在FLUENT中,可以使用標準SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默認是SIMPLE算法,但是對于許多問題如果使用SIMPLEC可能會得到更好的結(jié)果,尤其是可以應(yīng)用增加的亞松馳迭代時,具體介紹如下:

對于相對簡單的問題(如:沒有附加模型激活的層流流動),其收斂性已經(jīng)被壓力速度耦合所限制,你通常可以用SIMPLEC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可能會導致不穩(wěn)定。對于這種情況,你需要使用更為保守的亞松馳或者使用SIMPLE算法。對于包含湍流和/或附加物理模型的復雜流動,只要用壓力速度耦合做限制,SIMPLEC會提高收斂性。它通常是一種限制收斂性的附加模擬參數(shù),在這種情況下,SIMPLE和SIMPLEC會給出相似的收斂速度。

[SIMPLES]SIMPLE算法中影響收斂和精度的最主要的兩個缺陷是:初始值u,v和p分別單獨給出,給的初值互不相關(guān);在推導速度修正方程時,忽略了鄰點的影響,但是鄰點系數(shù)的影響并沒有從P點消去,從而造成了計算的不協(xié)調(diào)。針對這兩個缺陷,出現(xiàn)了SIMPLER和SIMPLEC方法。

按理說后兩種算法應(yīng)該比SIMPLE算法的穩(wěn)定性和收斂速度都快;但是在現(xiàn)在的商用程序中,如FLUENT,使用SIMPLE 和SIMPLEC算法,默認SIMPLE算法,據(jù)說魯棒性最好;CFX中使用SIMPLEC算法。

問題是,SIMPLEC算法有什么突出的優(yōu)點么?SIMPLER有什么顯著的缺點么(除了要額外解一個壓力poisson方程,增加了計算量)?為什么FLUENT里面還用SIMPLE算法?

看了《數(shù)值傳熱學2》里面對三者的評價似乎是SIMPLER較好,SIMPLEC和SIMPLER差不多,SIMPLE較差。

[過路螞蟻]我覺得SIMPLE、SIMPLER、SIMPLEC這幾種算法大同小異,沒覺得哪個非常好,不過書上都說SIMPLEC好些。

[對月]偶覺得不必要討論這三種方法了,大同小異,選那種看具體情況。

在對流體流動!傳熱問題的求解中,以壓力修正的SIMPLE算法應(yīng)用最廣。SIMPLE是Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations的簡稱,意思是解壓力耦合方程的半隱式法。SIMPLE算法的核心是在交錯網(wǎng)格上利用連續(xù)方程和動量方程構(gòu)造了一個近似的壓力修正方程來計算壓力場并校正速度。SIMPLE算法在解決許多實際問題中發(fā)揮了大量的作用。但SIMPLE算法的收斂速度較慢,這是因為在SIMPLE算法中,壓力修正方程引入了過多的近似,并且必須引入欠松弛作為迭代過程的基本做法。為了克服SIMPLE算法的弱點,SIMPLE算法的一些改進型相繼出現(xiàn),如SIMPLER、SIMPLEC、SIMPLEST等。

在SIMPLER算法中,沒有引入近似的壓力方程來求解壓力場,而是保留了壓力修正方程來修正速度。SIMPLER算法的收斂性較SIMPLE有很大改進,但包括了更多的計算量。

而SIMPLEC算法是使速度場的改進進程與壓力場的改進進程同步進行。對三維爐膛的實踐表明,SIMPLEC算法比SIMPLE算法收斂快得多,松弛因子可取得更大。

SIMPLE系列算法通用性強,能保證速度調(diào)節(jié)趨勢的正確性,但經(jīng)常造成速度和壓力修正的不同步,其收斂速度常常難如人愿。

盡管針對SIMPLE系列算法的創(chuàng)新有很多,如PISO算法和SIMPLE-DATE算法等(其中最著名的是PISO算法),但目前在對爐內(nèi)流場進行計算時,仍大多采用SIMPLE及其系列算法。

PISO(Pressure Implicit Split Operator)算法是用于非穩(wěn)態(tài)可壓縮或不可壓縮流體流場中求解壓力速度耦合關(guān)系的一種算法。該算法主要是針對SIMPLE系列算法中動量方程和質(zhì)量連續(xù)性方程修正不同步問題而提出的,其主要思路是在SIMPLE算法中壓力修正步過程后,再增加一速度修正步,以求迭代方程在顯式滿足質(zhì)量守恒的同時,也隱式滿足動量守恒方程。[匡江紅流動與傳熱數(shù)值模型的發(fā)展現(xiàn)狀

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