CFD使用中的一些建議

2017-06-06  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

最重要的建議是確保網(wǎng)格光滑、避免網(wǎng)格尺寸及形狀發(fā)生突變。需要仔細(xì)對待一下一些內(nèi)容:

• 定義計算區(qū)域,以將流動與遠(yuǎn)場條件間的影響與交互降至最低。特別:

• 將進(jìn)口與出口邊界設(shè)置在距離感興趣區(qū)域足夠遠(yuǎn)的位置。尤其當(dāng)使用了遠(yuǎn)場條件時,用戶應(yīng)當(dāng)確保該邊界不是處于流動狀態(tài)重要的區(qū)域。

• 避免進(jìn)口及出口邊界不是處于幾何強烈變化或是有回流的區(qū)域

• 避免網(wǎng)格密度或網(wǎng)格尺寸存在大的階躍

• 壁面高度扭曲單元或過小的網(wǎng)格角度

• 確保網(wǎng)格伸展連續(xù)性

• 避免在邊界層區(qū)域使用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格

• 在大梯度區(qū)域要對網(wǎng)格進(jìn)行加密。如邊界層區(qū)域、翼型的后緣以及其他流動屬性存在大的變化區(qū)域。

• 確保邊界層網(wǎng)格數(shù)量以達(dá)到所期望的精度,避免在邊界層厚度內(nèi)有不低于10層的網(wǎng)格

• 通過適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格參數(shù)查看網(wǎng)格質(zhì)量,諸如aspect ratio,internal angle,concavity,skewnes,negative volume等。

結(jié)果評定建議

一旦用戶運行程序,以下幾條建議會有助于提高對于所獲得結(jié)果的信心:

• 仔細(xì)檢查所選擇的邊界條件對于你所模擬的物理現(xiàn)象的正確性及兼容性

• 在CFD運行之前,核實所有的數(shù)值設(shè)定的參數(shù)設(shè)定

• 確保你的初始結(jié)果對于所要求解的問題是能夠被接受的

• 監(jiān)測收斂性確保達(dá)到機器精度。在監(jiān)測殘差以外,建議監(jiān)測所涉及問題的典型物理量收斂性,例如在流動區(qū)域中的某點上的阻力、阻力系數(shù)、速度、溫度或壓力等

• 仔細(xì)觀察殘差收斂曲線與迭代次數(shù)間的關(guān)系。如果收斂發(fā)生震蕩,或者殘差難以收斂到機器精度(表現(xiàn)為在某一極限水平位置循環(huán)),這通常告訴用戶在求解過程中某些不準(zhǔn)確性

• 應(yīng)用內(nèi)部一致性及精確性標(biāo)準(zhǔn),通過核查:

• 全局守恒性。例如穩(wěn)態(tài)計算中總焓及質(zhì)量流量守恒

• 無粘流動中產(chǎn)生的熵以及阻力系數(shù),這些參數(shù)強烈顯示了數(shù)值耗散效應(yīng),它們在計算中通常應(yīng)當(dāng)為零

• 在任何可能的情況下,通過分析比較不同網(wǎng)格尺寸下的計算結(jié)果來檢查網(wǎng)格獨立性

• 對于誤差源,一些物理量要敏感于其他物理量。例如剪切應(yīng)力要比壓力曲率敏感,但是他們相對于溫度梯度或熱通量,則敏感性要低。對誤差越敏感的物理量對網(wǎng)格的要求越高

• 如果計算中出現(xiàn)收斂困難的問題,你可以:

• 觀察殘差分布以及相關(guān)物理量。例如大殘差區(qū)域或者相關(guān)流動參數(shù)的不真實性

• 降低收斂控制參數(shù)的值。例如CFL數(shù)以及一些亞松弛因子

• 確認(rèn)不同初始流動條件的影響

• 檢查網(wǎng)格質(zhì)量對收斂速率的影響

• 使用更加健壯的數(shù)值算法,例如采用一階算法計算結(jié)果作為更精確數(shù)值算法的初始值

不確定性評價上的建議

這是一個很困難的問題,因為應(yīng)用不確定性通常很難進(jìn)行定義,而且需要對流動的物理現(xiàn)象有良好的認(rèn)識。這里有一些建議:

• 試圖列舉最重要的不確定因素,例如

• 關(guān)于CAD定義的幾何簡化以及制造精度

• 操作條件,如進(jìn)口速度或者進(jìn)口流動角度

• 物理現(xiàn)象近似,例如在低馬赫可壓縮流動中采用不可壓縮流動。這類不確定性是可管理的,因為它們比較容易被量化

• 關(guān)于湍流或其他物理模型的不確定性

• 對于相關(guān)的不確定性進(jìn)行靈敏性分析

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