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Fluent 算法与离散格式

Fluent 算法与离散格式
Fluent 算法与离散格式

离散

1、QUICK格式仅仅应用在结构化网格上,具有比second-order upwind 更高的精度,当然,FLUENT也允许在非结构网格或者混合网格模型中使用QUICK格式,在这种情况下,非结构网格单元仍然使用second-order upwind 格式计算。

2 、MUSCL格式可以应用在任何网格和复杂的3维流计算,相比second-order upwind,third-order MUSCL 可以通过减少数值耗散而提高空间精度,并且对所有的传输方程都适用。third-order MUSCL 目前在FLUENT中没有流态限制,可以计算诸如冲击波类的非连续流场。

3、有界中心差分格式bounded central differencing 是LES默认的对流格式,当选择LES后,所有传输方程自动转换为bounded central differencing 。

4 、low diffusion discretization 只能用在亚音速流计算,并且只适用于implicit-time,对高Mach流,或者在explicit time公式下运行LES ,必须使用second-order upwind 。

5、改进的HRIC格式相比QUICK 与second order 为VOF计算提供了更高的精度,相比Geo-Reconstruct格式减少更多的计算花费。

6 、explicit time stepping 的计算要求苛刻,主要用在捕捉波的瞬态行为,相比implicit time stepping 精度更高,花费更少。但是下列情况不能使用explicit time stepping:

(1)分离计算或者耦合隐式计算。explicit time stepping只能用于耦合显式计算。

(2)不可压缩流计算。Explicit time stepping 不能用于计算时间精度不可压缩流(如除了理想气体的气体定律)。不可压缩流计算必须在每个时间步迭代至收敛。

(3)收敛加速。FAS multigrid 与residual smoothing 在explicit time stepping 条件下破坏时间精度。

7 、node-based 平均格式比默认的cell-based格式在非结构网格特别是三角形和四面体网格的计算上更精确。

分离解算器

1、当standard pressure 插值格式无效的时候,可以考虑:

(1)linear格式,相邻单元的压力平均作为计算面压力。

(2)second-order 格式,通过2阶精度对流项重构面压力改进standard 与linear 格式,但是如果网格质量很差的话,计算会有问题。并且,second-order 不适合于多孔介质引起的非连续压力梯度流以及VOF 与mixture 多相流计算。

(3)body-force-weighted 通过假设压力和体积力之间差异的标准梯度是常数来计算面压力。如果体积力在动量方程中优先知道的话,如浮力,轴对称旋转流计算,可以获得较好的效果。2、当模型中包含多孔介质,body-force-weighted 格式只计算无孔面,并且考虑外体积力(gravity, swirl, Coriolis)以及由于密度的迅速改变而导致的压力梯度(natural convection, VOF)的非连续性。所有内部和外部的多孔面按照特定的格式处理,保证法向速度通过单元面的连续性而不管阻力是否连续。

3、PRESTO! 适用于所有类型的网格,但是对三角形和四面体网格,并不能提供比其他算法更高的精度。

4、second-order upwind 与QUICK格式不适用于可压缩多相流中密度的定义。first-order upwind 用于可压缩相的计算,算术平均法用于不可压缩相的计算。由于计算稳定性的原因,推荐在计算可压缩流时,先使用first-order 格式,然后转向高精度格式。

5、PISO算法的目的是减少SIMPLE与SIMPLEC在求解压力修正方程过程中的反复计算,在每次迭代中需要占用更多的CPU时间,但是可以显著地的减少收敛所需要的迭代步数,特别是针对瞬时问题。

选择解算模式

1、segregated solver常规上用做不可压缩流和轻微可压缩流计算,coupled solver最初用做高速可压流的计算。当前这两种解算方式都适用于大范围的流体计算(从不可压到高度可压),但是coupled solver在高速可压流计算中具备一定的优势。

2、默认条件下,FLUENT 使用segregated solver,但是高速可压流,具有强烈体积力(浮力,旋转力)的耦合流以及非常精细网格的流动,可以选择coupled implicit solver ,计算中运动方程与能量方程耦合,收敛速度更快但是比segregated solver消耗更多的内存。如果电脑内存不足,可以使用segregated solver 或者coupled explicit solver,但是coupled explicit solver 需要更长的时间达到收敛。

3、下列segregated solver物理模型不适用于coupled solvers:

(1)空化模型,VOF模型,混合多相流模型,Eulerian多相流模型

(2)多孔介质

(3)非预混燃烧模型,预混燃烧模型,不完全预混燃烧模型

(4)PDF传输模型

(5)Soot与NOx 模型

(11)辐射模型

(12)熔化/凝固模型

(13)壳传导模型

(14)操作压力变化

(15)周期性流动

4、下列不能使用segregated solver,必须使用coupled solvers:

(1)真实气体模型(非理想气体)

(2)自定义的真实气体模型

(3)非反射边界条件

(4) laminar flames

离散格式

first-order格式具有较好的收敛性但是精度低,多数情况下计算开始应使用second-order。某些情况下可以先使用first-order然后转为second-order。如果second-order收敛困难,用first-order。在模型简单的结构网格计算上,first-order解算精度与second-order区别不大。QUICK在结构网格条件下计算旋转流场与涡流比second-order提供更高的精度,通常情况下,second-order是足够有效的,使用QUICK不会提高精度。power law 也可能用到,但是只有first-order精度。

中心差分仅仅用在湍流模型,并且网格必须足够精细而且局部Peclet数要小于1。

压力插值格式选择

1、如果问题包含大的体积力,推荐使用body-force-weighted 。

2、高涡流数,高Rayleigh数自然对流,高速旋流,多孔介质以及强烈的曲体流,推荐PRESTO! 。

3、可压缩流推荐second-order。

4、当其他格式无效时使用second-order 提高精度。

5、second-order 不能用在多孔介质以及多相流计算。

密度插值格式选择

多相可压缩流只能使用first-order。

计算产生冲击波的可压缩流,强烈推荐在四边形、六面体或者混合网格条件下所有变量包括

密度都使用QUICK。

压力速度耦合方式选择

SIMPLEC相比SIMPLE通常收敛更快,并且可以使用较大的松弛因子。但是比较复杂的湍流或者附加物理方程的计算,SIMPLEC与SIMPLE基本没有区别。

强烈推荐在网格扭曲变形较大的情况下使用PISO!。

SIMPLEC与SIMPLE在稳态计算中比PISO!有效,PISO!在非稳态计算中更好。

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