14-fluent_-solver-settings计算设置

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大纲

求解器 设置求解参数 收敛 Convergence 定义 Definition 监视Monitoring 稳定性Stability 加速收敛Accelerating Convergence 准确度Accuracy 网格相关性 网格自适应 非定常流动模型 非定常流动问题设置 非定常流动模型选项 总结 附录




Standard：默认格式，对于边界附近表面法向压力梯度较大处降低精 度（但是不能够用于流动中压力急剧变化的地方，应该用PRESTO! 格式 代替） PRESTO!： 用于强旋流、压力急剧变化流（多孔介质、涡扇模型等 等），或者曲率较大区域 Linear： 当其它方法导致收敛困难或者出现非物理现象时使用 Second-Order： 用于可压流，不能用于多孔介质、跳跃、涡扇等，也 不能用于VOF和混合多相流模型 Body Force Weighted： 当质量力很大时使用，比如高雷诺数自然对 流或者高回旋流
可用求解器
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可用求解器


基于密度求解器－求解矢量形式的 连续性方程、动量方程、能量方程 、组分方程。压力由状态方程得到 。 基于密度求解器可以使用隐式或者 显示方式求解：
插值方法
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插值方法

需要解出变量的梯度用来求通量，速度导数，以及用于更高阶数 离散化格式
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求解过程概览
Set the solution parameters




FMG初始化对包含大压力、速度梯度的流动问题非常有用（比如：旋转 机械，螺旋管）
检查Case
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No
求解器
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求解器

在FLUENT中有两个可用的求解器


基于密度求解器(DBCS)适用于强耦合情况 举例：伴随燃烧的高速可压缩流、高超音速流、激波
相对于隐式算法，显式算法对时间步长有更高要求，因此通常使用隐式算法

插值方法
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面压力的插值方法
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面压力的插值方法

下面是FLUENT中可用的使用分离器时可以用来计算单元体面上 压力的插值格式
求解设置
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SIMPLE-Consistent (SIMPLEC)


Pressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO)


Fractional Step Method (FSM)对非定常流的分步方法

初始化
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Segregated
Solve U-Momentum Solve V-Momentum Solve W-Momentum Solve Mass Continuity; Update Velocity
PBCS
DBCS
基于压力的求解器 基于密度的求解器
分离求解器－先后求解压力修正项和 动量 耦合求解器－同时求解压力和动量
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初始化

计算开始之前需要对所有变量初始化
Solve

Initialize
Initialize…
合理的初始条件可以改善解的稳定性 和加速收敛 对有些问题，一个好的初始假设是必 需的。
Initialize the solution
Enable the solution monitors of interest
Calculate a solution
Modify solution parameters or grid
Check for convergence Yes No
Check for accuracy Yes Stop
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插值方法

场变量（存储于单元体中心）必须内插于控制体的面上
V t

f
N faces
f
Vf f A f

f
N faces
f
A f S V
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检查Case
ห้องสมุดไป่ตู้

Case check在计算前对工况设置进 行检查，减少错误 Case check内容

Solve
Case Check…


Grid 网格 Model Selection 模型选择 Boundary Conditions 边界条件 Material Properties 材料属性 Solver Settings 求解器设置
大纲

求解器 设置求解参数 收敛 Convergence 定义 Definition 监视Monitoring 稳定性Stability 加速收敛Accelerating Convergence 准确度Accuracy 网格相关性 网格自适应 非定常流动模型 非定常流动问题设置 非定常流动模型选项 总结 附录
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多重网格初始化

FMG能够用来创建一个更好的初始化流场 TUI 命令： /solve/init/fmg-initialization FMG 在计算上即省又快，即在粗网格上先用一阶精度的欧拉方程计算 在基于压力和密度的求解器中都能使用，但是只能用于定常状态。 FMG使用完全近似存储（FAS）多重网格方法在一系列粗网格上求解流 动问题，再把解传到实际网格上作为初始条件进行精确计算。 参数设置TUI命令：/solve/init/set-fmg-initialization


隐式－使用高斯－赛德尔方法来求 解变量 显式－使用龙格－库塔显式方法求 解变量
注意：基于压力的求解器只有隐式格式
选择求解器
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选择求解器

基于压力求解器在从低速不可压流到高速可压流这样大范围的流动体系中都适用 需要较小内存 基于压力的耦合求解器 (PBCS) 对大多数单相流动是适用的，而且比分离的基于压 力求解器效果好。对多相流，周期性流动和NITA算法不适用。 比分离求解器要多用1.5－2倍内存。

基于压力的求解器中两个算法

Solve Mass & Momentum
Solve Mass, Momentum, Energy, Species

Solve Energy Solve Species Solve Turbulence Equation(s) Solve Other Transport Equations as required
V t

f
N faces
f
Vf f A f

f
N faces
f
A f S V

单元体中心处结果变量的梯度可以用三种方法得到



Green-Gauss Cell-Based ： 默认方法，可能会有假扩散（求解域的拖 尾现象） Green-Gauss Node-Based ： 更精确，将假扩散现象最小化，推荐用在 三角形/四面体网格上 Least-Squares Cell-Based： 推荐用于多面体网格上，与node－based方 法具有相同精度

对流项的插值方法


First-Order Upwind：一阶迎风，最容易收敛，只有一阶精度 Power Law： 指数形式，当雷诺数较小时比一阶精度高 Second-Order Upwind： 二阶迎风，收敛较慢，二阶精度 Monotone Upstream-Centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL) ：.对于非结构网格局部有三阶精度，在预测二次流、漩涡流动时等 具有更高精度 Quadratic Upwind Interpolation (QUICK)： 应用于四边形/六面体或混 合网格上，对于旋转流动非常有用, 对于均匀网格具有三阶精度

Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE)

The default scheme, robust缺省格式 对于简单问题可以得到更快收敛（例如简单层流） 对于非定常流动问题或者包含高扭曲度网格适用 NITA算法配合使用，与PISO方法特征相同
压力－速度耦合
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压力－速度耦合


压力－速度耦合：当使用基于压力的求解器时，需要用数值算法 从连续方程以及动量方程得到压力方程 在FLUENT中有四种算法

举例：高温区域引起化学反应

对特定区域变量patch

自由射流（高速射流） 燃烧问题（高温区域来初始化反应） 自适应网格 Solve Initialize Patch…
多重网格初始化
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