Fluent時(shí)間步長(zhǎng)的關(guān)鍵處理辦法

2016-09-01 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

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用FLUENT計(jì)算非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題,是不是在計(jì)算時(shí)必須保證在每個(gè)時(shí)間步timestep里都要收斂才行,否則計(jì)算結(jié)果就不對(duì)呢?也就是說(shuō),在iteration選項(xiàng)里,max iteration pertime step設(shè)為一個(gè)值,比如500,就是如果500次迭代后仍未收斂,進(jìn)入下一步迭代,那對(duì)結(jié)果會(huì)有什么影響。

對(duì)于隱式非定常格式,原則上,每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)必須保證結(jié)果收斂。在fluent 的幫助中就有這樣的話:"對(duì)于不可壓流動(dòng),在每個(gè)時(shí)間步內(nèi),不可壓解必須迭代直至收斂。"另外,我們回歸到fluent內(nèi)部計(jì)算的本源,它實(shí)質(zhì)就是一種差分算法,通過(guò)不斷逼近來(lái)獲得真實(shí)解,這樣我們就不難理解為什么在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)需要收斂了。max iteration pertime step 設(shè)定的是最大時(shí)間步,在單一步長(zhǎng)內(nèi),如果結(jié)果已經(jīng)收斂,則會(huì)自動(dòng)跳至下一時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。所以其設(shè)定要縱觀全局。但對(duì)于周期性流動(dòng),這種收斂性的要求就相對(duì)松動(dòng)一些。不過(guò)你需要多計(jì)算幾個(gè)周期,等計(jì)算結(jié)果達(dá)到對(duì)時(shí)間的周期狀態(tài)后,再對(duì)結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)存。

對(duì)于顯式非定常格式,在Fluent幫助中這樣說(shuō):"一定記住,對(duì)于顯式非定常格式,每一個(gè)迭代就是一個(gè)時(shí)間步。"

如果每個(gè)時(shí)間步內(nèi)結(jié)果沒(méi)有得到收斂,則很有可能你所得到的結(jié)果是不真實(shí)的,但是一個(gè)時(shí)間步內(nèi)的不真實(shí)性應(yīng)該不會(huì)影響到下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的計(jì)算。因?yàn)樵诿恳粋€(gè)時(shí)間步開時(shí),fluent 都會(huì)進(jìn)行初始化。在單個(gè)時(shí)間步內(nèi),它實(shí)際是按照穩(wěn)態(tài)進(jìn)行計(jì)算的。

time step size的設(shè)定是根據(jù)你的計(jì)算需要,一般是你的特征長(zhǎng)度(比如說(shuō)管道的長(zhǎng)度)除于特征速度(比如平均速度)的值再小一到兩個(gè)量級(jí)即可,如果你的time stip size太大,計(jì)算會(huì)提示你的,改小即可。

number of time steps是這樣設(shè)定的:number of time steps X time step size=實(shí)際時(shí)間積累。比如說(shuō),你計(jì)算一個(gè)射流,你需要計(jì)算到1秒時(shí)候的情況,那么(number of time steps)=1秒/(time step size)。

Fluent中非穩(wěn)態(tài)時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置

最近所做的非穩(wěn)態(tài)計(jì)算,若設(shè)置太小,計(jì)算時(shí)間就太長(zhǎng),設(shè)置太大的話就會(huì)出現(xiàn)Global Courant Number飆升過(guò)大的不能繼續(xù)進(jìn)行下去的問(wèn)題。

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單元最小長(zhǎng)度除于流場(chǎng)平均流速,不過(guò)這個(gè)值可能很小,你可以以這個(gè)值為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié),一開始可以取大些,如果沒(méi)有問(wèn)題,可以再放大些,這樣可以縮短計(jì)算時(shí)間。

若按這種方法,計(jì)算下面這個(gè)例子:2mm,10個(gè)網(wǎng)格,流速1m/s。時(shí)間步長(zhǎng)time steps=0.2/1000=0.0002。但是我在進(jìn)行計(jì)算時(shí),設(shè)置為1e-6,都無(wú)法進(jìn)行下去。所以這種換算方法還是只能作為參考。

我現(xiàn)在采用的是自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間步長(zhǎng),目前看來(lái)效果還可以。

怎么知道非穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)是合適的?

courant number與收斂

courant number實(shí)際上是指時(shí)間步長(zhǎng)和空間步長(zhǎng)的相對(duì)關(guān)系,系統(tǒng)自動(dòng)減小courant數(shù),這種情況一般出現(xiàn)在存在尖銳外形的計(jì)算域,當(dāng)局部的流速過(guò)大或者壓差過(guò)大時(shí)出錯(cuò),把局部的網(wǎng)格加密再試一下。在fluent中,用courant number來(lái)調(diào)節(jié)計(jì)算的穩(wěn)定性與收斂性。一般來(lái)說(shuō),隨著courant number的從小到大的變化,收斂速度逐漸加快,但是穩(wěn)定性逐漸降低。所以具體的問(wèn)題,在計(jì)算的過(guò)程中,最好是把courant number從小開始設(shè)置,看看迭代殘差的收斂情況,如果收斂速度較慢而且比較穩(wěn)定的話,可以適當(dāng)?shù)脑黾?/span>courant number的大小,根據(jù)自己具體的問(wèn)題,找出一個(gè)比較合適的courant number,讓收斂速度能夠足夠的快,而且能夠保持它的穩(wěn)定性。

時(shí)間步長(zhǎng)與準(zhǔn)確性

摘自《數(shù)值計(jì)算與工程仿真》第一期作者gim

1 、在不計(jì)模型誤差,而且計(jì)算穩(wěn)定的前提下,數(shù)值計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)的選取存在一個(gè)恰當(dāng)值,過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 、具體數(shù)值模擬中,最好能有一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或其它的可以認(rèn)為準(zhǔn)確的結(jié)果作為驗(yàn)證資料,這樣才能恰當(dāng)?shù)倪x定時(shí)間步長(zhǎng),提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。

3 、FLUENT 軟件采用隱式計(jì)算,這就需要設(shè)定每一次迭代的最大步數(shù)(Max Iterations per Time step ) ,如果達(dá)到最大步數(shù)前計(jì)算已經(jīng)收斂,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一步迭代。利用這一點(diǎn)可以采取如下方法確定迭代的時(shí)間步長(zhǎng):系統(tǒng)一般認(rèn)為每一步的迭代次數(shù)應(yīng)在10 一20 次之問(wèn),設(shè)定一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)后如果在迭代次數(shù)內(nèi)還沒(méi)有收斂就應(yīng)該減小時(shí)間步長(zhǎng),反之則應(yīng)該增加時(shí)間步長(zhǎng)。一般,都事先給定一個(gè)較小的時(shí)問(wèn)步長(zhǎng)進(jìn)行迭代兒步,而后逐步調(diào)整。當(dāng)然迭代次數(shù)也跟具體問(wèn)題相關(guān),還需要計(jì)算經(jīng)驗(yàn)的不斷積累。

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fluent迭代計(jì)算中,非定常問(wèn)題的時(shí)間步長(zhǎng)如何選取

顯式時(shí)間積分方案:時(shí)間步長(zhǎng)Δt<ρ(Δx)2 /2Γ;半隱式時(shí)間積分方案:時(shí)間步長(zhǎng)Δt<ρ(Δx)2 /Γ;全隱式時(shí)間積分方案:時(shí)間步長(zhǎng)沒(méi)有限制。Δx是網(wǎng)格相鄰節(jié)點(diǎn)的距離,Γ是擴(kuò)散系數(shù),不同問(wèn)題有不同的物理意義

非穩(wěn)態(tài)時(shí)間步長(zhǎng)與迭代步數(shù)的討論

在unsteady的計(jì)算求解中,大部分同學(xué)應(yīng)該會(huì)對(duì)solver中設(shè)置比較迷惑,在這里,我想就我個(gè)人的理解對(duì)其時(shí)間步長(zhǎng)與迭代步數(shù)進(jìn)行一些分析討論。

1、在進(jìn)行unsteady 計(jì)算的時(shí)候,fluent是從前一個(gè)時(shí)間算到下一個(gè)時(shí)間(即time steps),而每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的計(jì)算就相當(dāng)于一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)求解,因此需要設(shè)置Max Iterations per Time Step;在這個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的計(jì)算就是一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)程,在達(dá)到iteration次數(shù)之前收斂完成,就跳到下一個(gè)time step,否則就將所規(guī)定的迭代次數(shù)算完在跳下一個(gè)time step。

2、時(shí)間步長(zhǎng)的設(shè)置:(1)特征長(zhǎng)度除以特征速度所得的時(shí)間小二個(gè)量級(jí)或者更小。這是理論值,實(shí)際上,如果不是工作站運(yùn)行的話,花費(fèi)的計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)。因此,通常在fluent中選定這個(gè)比例的1/5到1/10,特別是一開始不知道如何設(shè)定的時(shí)候最好是打開adaptive 讓它自動(dòng)定義定義時(shí)間步長(zhǎng)。但其中最小的時(shí)間尺度,個(gè)人認(rèn)為最小也只能小到這個(gè)比例的1/100的這個(gè)水平上。(2)最小網(wǎng)格長(zhǎng)度除以流速或者旋轉(zhuǎn)流動(dòng)速度。這個(gè)是保證每一次迭代都在一個(gè)網(wǎng)格范圍內(nèi),不會(huì)因跨網(wǎng)格而導(dǎo)致結(jié)果誤差,但實(shí)際中計(jì)算一段時(shí)間后可能加快計(jì)算速度,會(huì)將時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置較大,最后為得到最終求解,再將時(shí)間步長(zhǎng)調(diào)小,進(jìn)行細(xì)微的計(jì)算。