求解参数设置(Solution Methods/Solution Controls):
在设置完计算模型和边界条件后,即可开始求解计算了,因为常会出现求解不收敛或者收敛速度很慢的情况,所以就要根据具体的模型制定具体的求解策略,主要通过修改求解参数来完成。
在求解参数中主要设置求解的控制方程、选择压力速度耦合方法、松弛因子、离散格式等。
在VOF模型中,PISO比较适合于不复杂的流体,SIMPLE和SIMPLEC适合于可压缩的流体或者处于封闭域中的流体。
• 求解的控制方程:
在求解参数设置中,可以选择所需要求解的
控制方程。
可选择的方程包括Flow(流动方程)、
Turbulence(湍流方程)、Energy(能量方程)、
V olume Fraction(体积分数方程)等。
在求解过程
中,有时为了得到收敛的解,先关闭一些方程,
等一些简单的方程收敛后,再开启复杂的方程
一起计算。
• 选择压力速度耦合方法:
在基于压力求解器中,FLUENT提供了压力
速度耦合的4种方法,即SIMPLE、
SIMPLEC(SIMPLE.Consistent)、PISO以及
Coupled。
定常状态计算一般使用SIMPLE或者
SIMPLEC方法,对于过渡计算推荐使用PISO
方法。
PISO方法还可以用于高度倾斜网格的定
常状态计算和过渡计算。
需要注意的是压力速
度耦合只用于分离求解器,在耦合求解器中不
可以使用。
在FLUENT中,可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC算法,默认是SIMPLE算法,但对于许多问题如果使用SIMPLEC可能会得到更好的结果,尤其是可以应用增加的亚松弛迭代时。
对于相对简单的问题(如没有附加模型激活的层流流动),其收敛性可以被压力速度耦合所限制,用户通常可以使用SIMPLEC算法很快得到收敛解。
在SIMPLEC算法中,压力校正亚松弛因子通常设为1.0,它有助于收敛,但是,在有些问题中,将压力校正松弛因子增加到1.0可能会导致流动不稳定,对于这种情况,则需要使用更为保守的亚松弛或者使用SIMPLE 算法。
对于包含湍流或附加物理模型的复杂流动,只要用压力速度耦合做限制,SIMPLEC 就会提高收敛性,它通常是一种限制收敛性的附加模拟参数,在这种情况下,SIMPLE和SIMPLEC会给出相似的收敛速度。
对于所有的过渡流动计算,推荐使用PISO算法邻近校正。
它允许用户使用大的时间步,而且对于动量和压力都可以使用亚松弛因子1.0。
对于定常状态问题,具有邻近校正的PISO 并不会比具有较好的亚松弛因子的SIMPLE或SIMPLEC好。
对于具有较大扭曲网格上的定常状态和过渡计算推荐使用PISO倾斜校正。
当使用PISO邻近校正时,对所有方程都推荐使用亚松弛因子为1.0或者接近1.0。
如果只对高度扭曲的网格使用PISO倾斜校正,则要设定动量和压力的亚松弛因子之和为1.0(例如,压力亚松弛因子0.3,动量亚松弛因子0.7)。
• 松弛因子:
在求解过程中,控制变量的变化是很必要的,这就是通过松弛因子来实现的。
它控制变量在每次迭代中的变化,也就是说,变量的新值为原值加上变化量乘以松弛因子。
松弛因子可控制收敛的速度和改善收敛的状况:
•为1,相当于不用松弛因子
•大于1,为超松弛因子人,加快收敛速度
•小于1,欠松弛因子,改善收敛的条件
一般来讲,大家都是在收敛不好的时候,采用
一个较小的欠松弛因子。
Fluent里面用的是欠
松弛,主要防止两次迭代值相差太大引起发散。
松弛因子的值在0~1之间,越小表示两次
迭代值之间变化越小,也就越稳定,但收敛也
就越慢。
使用默认的亚松弛因子开始计算是很好的习惯,
对于大多数流动,不需要修改默认亚松弛因子,
如果经过4~5步的迭代,残差仍然增长,就需
要减小亚松弛因子。
压力、动量、k和ε的亚松
弛因子默认值分别为0.3、0.7、0.8 和0.8。
对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。
在密度和温度强烈耦合的问题中(如相当高的Rayleigh曲数的自然或混合对流流动),应该对温度或密度(所用的亚松弛因子小于1.0 )的亚松弛因子进行设置。
当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度是常数,温度的亚松弛因子可以设1.0。
对于其他的标量方程,如漩涡、组分、PDF变量,对于某些问题默认的亚松弛因子可能过大,尤其是对于初始计算,可以将松弛因子设为0.8以使收敛更容易。
• 离散格式:
当流动与网格对齐时,如使用四边形/六面体网格模拟层流流动,使用一阶精度离散格式是可以接受的。
但当流动斜穿网格线时,一阶精度格式将产生明显的离散误差(数值扩散)。
因此,对于2D三角形及3D四面体网格,注意要使用二阶精度格式,对复杂流动更是如此。
一般来讲,在一阶精度格式下容易收敛,但精度较差,有时,为了加快计算速度,可先在一阶精度格式下计算,然后再转到二阶精度格式下计算。
如果使用二阶精度格式遇到难于收敛的情况,则考虑改换一阶精度格式来计算。
对于转动及有旋流的计算,在使用四边形/六面体网格时,具有三阶精度的QUICK格式可能产生比二阶精度更好的结果。
但是,一般情况下,用二阶精度就已足够,即使使用QUICK格式,结果也不一定好。
乘方格式一般产生与一阶精度格式相同的精度结果。
中心差分格式一般只用于大涡模拟模型,而且要求网格很细的情况。