Установка параметров решателя

Установка параметров решателя осуществляется с помощью команды:

ГМ: Solve ® Controls ® Solution

Вид этого меню зависит от выбранного алгоритма решения. Меню Solution Controls для Pressure Based решателя показано на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Вид меню Solution Controls для алгоритма решения Pressure Based

 

Это меню условно можно поделить на четыре части:

- Equations;

- Under-Relaxation Factors;

- Discretization;

- Pressure-Velocity Coupling.

В поле Equations (1 рис. 5.1) приводится список решаемых в данной задаче уравнений. Их выбор и количество зависит от типа решаемой за­дачи. При исследовании течения жидкости или газа в этом списке могут находится следующие уравнения:

- Flow - уравнение движения;

- Volume Fraction - уравнения, определяющее фазовый состав;

- Turbulence – уравнения описывающие турбулентность;

- Energy - уравнение энергии и др.

По умолчанию все уравнения, доступные в списке, выделены синим цветом. Если снять выделение с названия какого-либо уравнения, то оно будет выключено из расчета. Выключение не­которых уравнений из рас­чета может быть использовано в слу­чаях, когда не удается запустить решение уравнения. При дан­ном под­ходе вначале стремятся получить устойчивое решение с помо­щью уравнений движения, затем подключается одно или не­сколько других уравнений и расчет продолжается дальше.

В поле Discretization (2 рис. 5.1) находятся названия решаемых урав­нений, напротив которых расположены списки доступных для них схем дискретизации. Эти схемы описывают алгоритм по­строения дискретного аналога дифференциального уравнения вокруг узла конечно-элементной сетки.

В программе Fluent для различных уравнений могут приме­няться сле­дующие схемы дискретизации:

- First Order Upwind – схема дискретизации первого порядка точно­сти, является наиболее грубой и не годится для точ­ных расчетов, особенно на крупных сетках. Она отличается повышенной устойчи­востью в решении, поэтому использу­ется для запуска решения и поиска предварительных полей изменения параметров, на основе которых производятся расчеты на высших порядках дискретизации;

- Body Force - схема внешних массовых сил;

- Second Order Upwind – схема дискретизации второго по­рядка точно­сти. Она неприменима для исследования тече­ния в пористых средах и при наличии скачков давления. Для решения этих задач применяется схема внешних мас­совых сил;

- Power Low – схема одномерного конвективного диф­фузион­ного пере­носа, применяется при малых числах Рей­нольдса (Re<100);

- Linear – линейная схема дискретизации;

- QUICK - схема локально третьего порядка точности. При­ме­няется для ортогональных сеток и при высоком их каче­стве позволяет по­лучить дискретизации третьего порядка точности вдоль линии тока;

- Third Order MUSCL – схема локально третьего порядка точ­ности для произвольных сеток. Сочетает в себе метод цен­трально - разно­стной схемы и второго порядка точности;

- PRESTO! – схема локально второго порядка точности. При­меняется для расчета сильно закрученных потоков и течения через пористые среды.

Для получения точных решений, необходимо использовать дискрети­зацию второго и выше порядков точности. Однако, на первых итерациях такое решение неустойчиво. Поэтому первые несколько десятков итера­ций следует проводить на первом по­рядке дискретизации, затем его по­вышать.

В зоне Under-Relaxation Factors (3 рис. 5.1) задаются коэффи­циенты релаксации при решении соответствующих уравнений. Они применяются для повышения устойчивости решения и на­кладывают ограничение на из­менение переменной в течение итерации.

Изменение некоторой переменной в течение итерации может быть за­писано в виде:

,

где jⁱ – значение переменной на i-ой итерации;

j^i-1 – значение переменной на предыдущей итерации;

a - коэффициент релаксации;

Dj - изменение переменной в течении итерации.

Коэффициент релаксации находится в интервале от 0 до 1 (обратите внимание, что он не должен равняться нулю, иначе переменная по итера­циям меняться не будет). При a близком к нулю, скорость достижения сходимости будет маленькой, но при этом расчет протекает более ста­бильно, вероятность сбоев за­метно уменьшается. Уменьшение ко­эффициентов релак­сации улучшает сходимость, но значительно увеличи­вают время счета. Снижение коэффициента релаксации широко применя­ется при проблемах с запуском процесса решения.

При a равном единице скорость счета максимальна, по про­цесс ре­ше­ния может проходить нестабильно, особенно в слож­ных задачах.

Выбор коэффициентов релаксации требует определенного опыта. По­этому по возможности их следует оставлять заданными по умолчанию и прибегать к их коррекции только при невоз­можности получения устойчи­вого процесса счета.

В зоне Pressure-Velocity Coupling (4 рис. 5.1) выбирается алго­ритм ре­шения связки уравнения движения и неразрывности. При решении группы этих уравнений определяются поля давле­ний и скоростей. Всего возможно четыре алгоритма:

- SIMPLE – простейшая схема увязки полей скоростей и давле­ний. Поле давлений определяется с помощью уравне­ния нераз­рывности. Оно подставляется уравнение Навье – Стокс. Полу­чаемые в резуль­тате его решения скорости ав­томатически удовлетворяют уравне­нию неразрывности;

- SIMPLEC – алгоритм увязки полей, применяемый при ис­следовании для медленных ламинарных потоков;

- PISO – применяется при решении нестационарных задач и в случае, если расчетные области имеют подвижные эле­менты;

- COUPLED – этот алгоритм появился в последней версии про­граммы и считается отдельным видом решателя (Pres­sure-based coupled). Для поиска полей скоростей и давления используется ал­горитм расщепления, а для остальных па­раметров – алгоритм уста­новления. Этот алгоритм позво­ляет получать качественные устой­чивые решения практи­чески для всех классов задач. Для улучшения устойчивости решения число Куранта (Courant number) рекоменду­ется уменьшить до 25…... 50.

После проведения настроек следует нажать кнопку OK для принятия изменений.

Возвращение к настройкам по умолчанию осуществляется нажатием кнопки Default.

Вид меню Solution Controls для Density Based решателя показан на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Вид меню Solution Controls для Density Based решателя

 

При использовании Density Based решателя структура этого меню и работа принципиально не меняются по сравнению с Pressure Based реша­телем. Единственное существенное отличие состоит в том, что в левом нижнем углу вместо выбора увязки по­лей скоростей и давлений находится поле выбора числа Ку­ранта. Оно подобно коэффициентам релаксации вы­полняет функцию регулирования решения по критериям «стабильность-скорость». Чем оно меньше, тем устойчивее решение и тем больше время расчета и наоборот. Рекомендуемые значения числа Куранта на­ходятся в следующем диапазоне:

- для Density Based Implicit решателя - 1…...20;

- для Density Based Explicit решателя - 1…...4;

- для Pressure-based coupled решателя - 20…...200.

Начальные значения числа Куранта следует выбирать из нижней части диапазонов. В случае получения устойчивого ре­шения оно может быть увеличено, за счет чего процесс решения может быть ускорен, однако принимать значения числа Куранта свыше предлагаемых значений не рекомендуется.

Для повышения устойчивости решения при использовании Density Based Explicit решателя вычисления могут проводится на вложенных сет­ках. Суть этого метода состоит в следующем. Ис­ходная сетка из m эле­ментов заменяется укрупненными сетками:

- из m/2 элементов для вложенной сетки первого уровня;

- из m/4 элементов для вложенной сетки второго уровня;

- из m/8 элементов для вложенной сетки третьего уровня;

- из m/16 элементов для вложенной сетки четвертого уровня;

- из m/32 элементов для вложенной сетки пятого уровня.

Расчет начинается на самой грубой сетке. Решение на редкой сетке получается во много раз быстрее и устойчивее, чем на исходной сетке. Оно далеко от точного, но отражает общие закономерности изменения полей параметров в расчетной области. Они используются в качестве начальных данных для расчетов на более густых сетках. Результаты расчета на них используются в качестве начальных данных в сетках более высокого уровня. Этот прием позволяет значительно ускорить процесс решения и увеличить его стабильность.

Выбор числа уровней вложенной сетки осуществляется в поле Multi­grid level, которое появится ниже поля Courant Number при применении Density Based Explicit решателя.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: