一些需要了解的关于CFD的常识.docVIP

关于网格： 网格是CFD的几何表达形式，也是模拟和分析的载体。 网格质量对CFD计算的精度和效率影响很大。 单连域：求解区域边界线内不包含有非求解区域。多连域：求解区域含有非求解区域。 绕流问题的网格一般为O型和C型网格。 考虑使用结构还是非结构网格的时候，主要考虑以下几个因素： 主要考虑网格的多少，这才是真正影响计算消耗最大的因素。主要从以下的观点进行考虑。 当几何外形太复杂或者流动的长度尺度太大时，三角形网格和四面体网格所生成的单元会比等量的包含四边形网格和六面体网格的单元少得多。这是因为三角形网格和四面体网格允许单元聚集在流域的所选区域，而四边形网格和六面体网格会在不需要加密的地方产生单元。非结构的四边形网格和六面体网格为对于一般复杂外形提供了许多三角形和四面体网格的优点。（复杂外形建议用非结构网格） 2. 网格的比率。 四边形和六边形单元的一个特点就是它们在某些情况下可以允许比三角形/四面体单元更大的比率。三角形/四面体单元的大比率总会影响单元的歪斜。因此，如果你有相对简单的几何外形，而且流动和几何外形很符合，比如长管，你就可以使用大比率的四边形和六边形单元。这种网格可能会比三角形/四面体网格少很多单元。（流动和外形比较符合且外形简单时，建议使用结构网格） 关于数值耗散问题，有如下几点： 当真实耗散很小时，即对流占主导地位时，数值耗散是显而易见的。 所有的解决流体问题的数值格式都会有数值耗散，这是因为数值耗散来源于截断误差，截断误差是描述流体流动的离散方程导致的。 FLUENT中所用的二阶离散格式可以帮助减少解的数值耗散的影响。 数值耗散量的大小与网格的分辨率成反比。因此解决数值耗散问题的一个方法就是精化网格。 当流动和网格成一条直线时数值耗散最小（所以我们才要使用结构网格来计算啊） 最后一点和网格选择最有关系。很明显，使用三角形/四面体网格流动永远不会和网格成一条直线，而如果几何外形不是很复杂时，四边形网格和六面体网格可能就会实现流动和网格成一条线。只有在简单的流动，如长管流动中，你才可以使用四边形和六面体网格来减少数值耗散，而且在这种情况下使用四边形和流面体网格有很多优点，因为与三角形/四面体网格相比你可以用更少的单元得到更好的解。 关于网格质量：网格质量对计算精度和稳定性有很大的影响。网格质量包括：节点分布，光滑性，以及歪斜的角度（skewness）。 节点分布。 1）.边界层内网格分布。 网格接近壁面需要满足： 其中 从临近单元中心到壁面的距离； 自由流速度 ； 流体的动力学粘性系数 ； 从边界层起始点开始沿壁面的距离。上面的方程基于零攻角层流流动的Blasius解[139]。 2）.湍流的分辨依赖于网格的数目。大梯度区域如剪切层或者混合区域，网格必须被精细化以保证相邻单元的变量变化足够小。 光滑性：临近单元体积的快速变化会导致大的截断误差。截断误差是指控制方程偏导数和离散估计之间的差值。 单元的形状。单元的歪斜可以定义为该单元和具有同等体积的等边单元外形之间的差别。单元的歪斜太大会降低解的精度和稳定性。一般说来应该尽量避免比率大于5:1。但是在流动开始的区域可以忍受较大歪斜的网格，因为在这段区域里基本上没有什么我们需要的流动特征。 关于单位制：最好完全使用国际单位制。而网格在默认的情况下导入到Fluent时被默认为长度单位为m。 关于时间项的模拟：当解决区域流动的不稳定问题时（如：转捩等），起用时间项是很有好处的，基本上都可以得到定常解。全隐格式的优点是它关于时间步在任何条件下都稳定。最好在前5-10个时间步中选择较小的D t，然后在计算过程中逐渐增加D t。时间周期及时间步的确定需要根据具体的工程问题来观察、求解。时间步的大小：时间步的大小就是D t的大小。因为FLUENT用全隐格式，所以不存在用来确定D t的稳定性判据。但是为了正确模拟瞬时现象，有必要将D t设定比所模拟的系统最小时间常数小一个量级。判断D t选择的一个好方法就是观察每一个时间步中达到收敛FLUENT所需要的迭代次数。每一个时间步的理想迭代次数是10—20。如果FLUENT需要更多迭代次数才会收敛就说明时间步太大了。如果FLUENT在每个时间步中只需要很少的迭代次数，就可以增加D t。时间相关问题最常见的就是突然启动然后很快衰退。因此最好在前5-10个时间步中选择较小的D t，然后在计算过程中逐渐增加D t。 关于选择求解器及运行环境： Fluent提供了分离式和耦合式两类求解器，而耦合式求解器又分为隐式和显式求解器两种。 分离式求解器是顺序地、逐一地求解各个方程。 耦合式求解器是同时求解连续方程、动量方程、能量方程及组分运输方程的耦合方程组。 耦合式求解器和分离式求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围内的流动，但是总的来