fluent入门一般问题(三)

Fluent,并非我原创但是没找到出处,给大家做个参考。


24  在FLUENT运行计算时,为什么有时候总是出现“reversed flow”?其具体意义是什么?有没有办法避免?如果一直这样显示,它对最终的计算结果有什么样的影响?  (#29)
这个问题的意思是出现了回流,这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些,有些case可能只在计算的开始阶段出现这个警告,随着迭代的计算,可能会消失,如果计算一段时间之后,警告消失了,那么对计算结果是没有什么影响的,如果这个警告一直存在,可能需要作以下处理:

1.如果是模拟外部绕流,出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远,如果边界条件取的足够远,该处可能在计算的过程中的确存在回流现象;对于可压缩流动,边界最好取在10倍的物体特征长度之处;对于不可压缩流动,边界最好取在4倍的物体特征长度之处。

2.如果出现了这个警告,不论对于外部绕流还是内部流动,可以使用pressure-outlet边界条件代替outflow边界条件改善这个问题。


25 燃烧过程中经常遇到一个“头疼”问题是计算后温度场没什么变化?即点火问题,解决计算过程中点火的方法有哪些?什么原因引起点火困难的问题?

26 什么叫问题的初始化?在FLUENT中初始化的方法对计算结果有什么样的影响?初始化中的“patch”怎么理解? (12)

问题的初始化就是在做计算时,给流场一个初始值,包括压力、速度、温度和湍流系数等。理论上,给的初始场对最终结果不会产生影响,因为随着跌倒步数的增加,计算得到的流场会向真实的流场无限逼近,但是,由于Fluent等计算软件存在像离散格式精度(会产生离散误差)和截断误差等问题的限制,如果初始场给的过于偏离实际物理场,就会出现计算很难收敛,甚至是刚开始计算就发散的问题。因此,在初始化时,初值还是应该给的尽量符合实际物理现象。这就要求我们对要计算的物理场,有一个比较清楚的理解。

初始化中的patch就是对初始化的一种补充,比如当遇到多相流问题时,需要对各相的参数进行更细的限制,以最大限度接近现实物理场。这些就可以通过patch来实现,patch可以对流场分区进行初始化,还可以通过编写简单的函数来对特定区域初始化。

以上是我对这个问题的理解,欢迎大家批评指正。


27 什么叫PDF方法?FLUENT中模拟煤粉燃烧的方法有哪些?
概率密度函数输运输运方程方法(PDF方法)是近年来逐步建立起来的描述湍流两相流动的新模型方法。所谓的概率密度函数(Probability Density Function,简称PDF)方法是基于湍流场随机性和概率统计描述,将流场的速度、温度和组分浓度等特征量作为随机变量,研究其概率密度函数在相空间的传递行为的研究方法。PDF模型介于统观模拟和细观模拟之间,是从随机运动的分子动力论和两相湍流的基本守恒定律出发,探讨两相湍流的规律,因此可作为发展双流体模型框架内两相湍流模型的理论基础。它实质上是沟通E-L模型和E-E模型的桥梁,可以用颗粒运动的拉氏分析通过统计理论,即PDF方程的积分建立封闭的E-E两相湍流模型。

     非预混湍流燃烧过程的正确模拟要求同时模拟混合和化学反应过程。FLUENT 提供了四种反应模拟方法:即有限率反应法、混合分数PDF 法、不平衡(火焰微元)法和预混燃烧法。火焰微元法是混合分数PDF 方法的一种特例。该方法是基于不平衡反应的,混合分数PDF 法不能模拟的不平衡现象如火焰的悬举和熄灭,NOx 的形成等都可用该方法模拟。但由于该方法还未完善,在FLUENT 只能适用于绝热模型。

     对许多燃烧系统,辐射式主要的能量传输方式,因此在模拟燃烧系统时,对辐射能量的传输的模拟也是非常重要的。在FLUENT 中,对于模拟该过程的模型也是非常全面的。包括DTRM、P-1、Rosseland、DO 辐射模型,还有用WSGG 模型来模拟吸收系数。

 在查资料时看到的,可能回答不详细!


28 在利用prePDF计算时出现不稳定性如何解决?即平衡计算失败。

29 在prePDF运行时,报告中会出现提示信息和错误有哪些?并分析错误的原因,提出解决的方法?

30  FLUENT运行过程中,出现残差曲线震荡是怎么回事?如何解决残差震荡的问题?残差震荡对计算收敛性和计算结果有什么影响?  (#30)

这个问题我也一直在想,看到simwe上有人这么回答的:(顺便把相类似的问题的解答也放在一起,方便大家一起解决这类的问题。)

一. 残差波动的主要原因:1、高精度格式;­2、网格太粗;3、网格质量差;4、流场本身边界复杂,流动复杂;5、模型的不恰当使用。

二. 问:在进行稳态计算时候,开始残差线是一直下降的,可是到后来各种残差线都显示为波形波动,是不是不收敛阿?
   答:有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度(2 阶),网格太疏,网格质量太差,等都会使残差波动。经常遇到,一开始下降,然后出现波动,可以降低松弛系数,我的问题就能收敛,但如果网格质量不好,是很难的。通常,计算非结构网格,如果问题比较复杂,会出现这种情况,建议作网格时多下些功夫。理论上说,残差的震荡是数值迭代在计算域内传递遭遇障碍物反射形成周期震荡导致的结果,与网格亚尺度雷诺数有关。例如,通常压力边界是主要的反射源,换成OUTFLOW 边界会好些。这主要根据经验判断。所以我说网格和边界条件是主要因素。

三. 1、网格问题:比如流场内部存在尖点等突变,导致网格在局部质量存在问题,影响收敛。
    2、可以调整一下courant number,courant number实际上是指时间步长和空间步长的相对关系,系统自动减小courant数,这种情况一般出现在存在尖锐外形的计算域,当局部的流速过大或者压差过大时出错,把局部的网格加密再试一下。
    在fluent中,用courant number来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说,随着courant number的从小到大的变化,收敛速度逐渐加快,但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题,在计算的过程中,最好是把courant number从小开始设置,看看迭代残差的收敛情况,如果收敛速度较慢而且比较稳定的话,可以适当的增加courant number的大小,根据自己具体的问题,找出一个比较合适的courant number,让收敛速度能够足够的快,而且能够保持它的稳定性。


四. 另外,Fluent官方论坛上有一个管理员这么解释的:http://university.fluent.com/forum/viewtopic.php?t=1887&sid=5228995e41f4763b95368f660d1a671b

1. Residual pattern in an unsteady simulation will be oscillatory. At each time-step, Fluent will try to converge residual values below the default limits set in the Residual Monitors panel.

2. In a steady simulation, ideally the residuals should not oscillate.
Oscillating residuals may be due to wrong case setup. Following comments should help in reducing convergence trouble.

a. Make sure that grid is of good quality. Please refer the section 6.2.2 of Fluent 6.3 Users Guide for more details on the grid quality. http://www.fluentusers.com/fluent/doc/ori/html/ug/node155.htm
 

b. Recheck all the boundary condition.
c. If you are using turbulence model, please check the turbulence parameters on all inlet / outlet boundaries. Please refer to the following white paper for more details regarding the different turbulent boundary conditions:
http://www.fluent.com/software/university/whitepapers/turbulent.pdf
 

d. Try with better initial guess.

3. The detail about Grid Adaption is available in Chapter 26 of Fluent Users Guide:
http://www.fluentusers.com/fluent6326/doc/ori/html/ug/node1071.htm

本人觉得可以重点参考第四个回答。另外,如果出现连续方程残差很高收敛慢的情况,首先应该检查的是网格质量;由于现在大量使用分块网格,这时要看看两相邻块处的网格大小是不是相差较大,也就是看看有没有出现cell jump的情况,相邻网格的大小最好不要超过2倍的关系,这时出现高连续方程残差的一个主要原因,这需要在划分网格时做好规划。



31  数值模拟过程中,什么情况下出现伪扩散的情况?以及对于伪扩散在数值模拟过程中如何避免?  #31
假扩散(false diffusion)的含义:

基本含义:由于对流—扩散方程中一阶导数项的离散格式的截断误差小于二阶而引起较大数值计算误差的现象。有的文献中将人工粘性(artificial viscosity)或数值粘性(numerical viscosity)视为它的同义词。

拓宽含义:现在通常把以下三种原因引起的数值计算误差都归在假扩散的名称下

1.非稳态项或对流项采用一阶截差的格式;

 2.流动方向与网格线呈倾斜交叉(多维问题);

3.建立差分格式时没有考虑到非常数的源项的影响。

克服或减轻假扩散的格式或方法,

为克服或减轻数值计算中的假扩散(包括流向扩散及交叉扩散)误差,应当:

1. 采用截差阶数较高的格式;

2. 减轻流线与网格线之间的倾斜交叉现象或在构造格式时考虑到来流方向的影响。

3. 至于非常数源项的问题,目前文献中,还没有为克服这种影响而专门构造的格式,但是高阶格式显然对减轻其影响是有利的。


32  FLUENT轮廓(contour)显示过程中,有时候标准轮廓线显示通常不能精确地显示其细节,特别是对于封闭的3D物体(如柱体),其原因是什么?如何解决?  #51
FLUENT等高线(contour)显示过程中,可以通过调节显示的水平等级来调节其显示细节,Levels...最大值允许设置为100.对于封闭的3D物体,可以通过建立Surface,监视Surface上的量来显示计算结果。或者计算之后将结果导入到Tecplot中,作切片图显示。
33 如果采用非稳态计算完毕后,如何才能更形象地显示出动态的效果图?  #52
     对于非定常计算,可以通过创建动画来形象地显示出动态的效果图。

Solve->Animate->Define...,具体操作请参考Fluent用户手册。


34  在FLUENT的学习过程中,通常会涉及几个压力的概念,比如压力是相对值还是绝对值?参考压力有何作用?如何设置和利用它?  #32
GAUGE PRESSURE 就是静压。
GAUGE total PRESSURE 是总压。
这里需要强调一下 Gauge为名义值,
什么意思呢?如果, INITIAL Gauge PRESSURE =0
那么 GAUGE PRESSURE 就是实际的静压Pinf。
         GAUGE total PRESSURE 是实际的总压Pt。
如果INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零
GAUGE PRESSURE = Pinf - INITIAL Gauge PRESSURE
GAUGE total PRESSURE = Pt - INITIAL Gauge PRESSURE


35  在FLUENT结果的后处理过程中,如何将美观漂亮的定性分析的效果图和定量分析示意图插入到论文中来说明问题?  #53

有三种方法来得到用于插入到论文的图片:

1.在Fluent中显示你想得到的效果图的窗口,可以直接在任务栏中右键该窗口将其复制到剪贴板,保存;或者打印到文件,保存。

2.在Fluent中,在你想要保存相关窗口的效果图时,首先激活效果图监视窗口,就是用鼠标左键监视窗口,然后在Fluent中操作,Fluent->File->Hardcopy...,选择好你想要的图片格式,然后就可以保存了。

3.将计算结果或者相关数据导入到Tecplot中,然后作出你想要的效果图,这种方法得出的图片,个人感觉比Fluent得到的图片美观简洁大方。



36 在DPM模型中,粒子轨迹能表示粒子在计算域内的行程,如何显示单一粒径粒子的轨道(如20微米的粒子)?  (#159)
首先选择DMP模型,在set  injection properties 面板中,选择injection type的类型为single,

    然后设置初始条件,如位置(x,y,z),速度,直径(如20微米的粒子),温度,质量流率等!

   设定完成后,你就可以行迭代了。等气相和离散相收敛以后,你就可以追踪粒子轨迹。在display中打开particle tracks面板进行操作!

 

   个人在做两相流时的方法,希望批评指正!

答:先按粒径大小显示颗粒轨迹,在后处理图上可以看到不同粒径颗粒的不同轨迹;记住需要单独显示的颗粒轨迹的标号,再次显示颗粒轨迹时选择显示单一粒径的轨迹,比如:选择标号为5的颗粒轨迹(假设标号为5的粒径即为20微米的粒)。

 


37  在FLUENT定义速度入口时,速度入口的适用范围是什么?湍流参数的定义方法有哪些?各自有什么不同?   #57

速度入口的边界条件适用于不可压流动,需要给定进口速度以及需要计算的所有标量值。速度入口边界条件不适合可压缩流动,否则入口边界条件会使入口处的总温或总压有一定的波动。

关于湍流参数的定义方法,根据所选择的湍流模型的不同有不同的湍流参数组合,具体可以参考Fluent用户手册的相关章节,也可以参考王福军的书《计算流体动力学分析—CFD软件原理与应用》的第214-216页,也可以参考本版的帖子:http://www.efluid.com.cn/dvbbs/dispbbs.asp?boardID=61&ID=997&page=1



38  在计算完成后,如何显示某一断面上的温度值?如何得到速度矢量图?如何得到流线?   #95
这些都可以用tecplot来处理  将fluent计算的date和case文件倒入到tecplot中  断面可以做切片

速度矢量图流线图 直接就可以选择相应选项来查看


39  分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么?分析两种求解器在计算效率与精度方面的区别。   #58

分离式求解器以前主要用于不可压缩流动和微可压流动,而耦合式求解器用于高速可压流动。现在,两种求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围的流动,但总的来讲,当计算高速可压流动时,耦合式求解器比分离式求解器更有优势。

Fluent默认使用分离式求解器,但是,对于高速可压流动,由强体积力(如浮力或者旋转力)导致的强耦合流动,或者在非常精细的网格上求解的流动,需要考虑耦合式求解器。耦合式求解器耦合了流动和能量方程,常常很快便可以收敛。耦合式求解器所需要的内存约是分离式求解器的1.5到2倍,选择时可以根据这一情况来权衡利弊。在需要耦合隐式的时候,如果计算机内存不够,就可以采用分离式或耦合显式。耦合显式虽然也耦合了流动和能量方程,但是它还是比耦合隐式需要的内存少,当然它的收敛性也相应差一些。

需要注意的是,在分离式求解器中提供的几个物理模型,在耦合式求解器中是没有的。这些物理模型包括:流体体积模型(VOF),多项混合模型,欧拉混合模型,PDF燃烧模型,预混合燃烧模型,部分预混合燃烧模型,烟灰和NOx模型,Rosseland辐射模型,熔化和凝固等相变模型,指定质量流量的周期流动模型,周期性热传导模型和壳传导模型等。

而下列物理模型只在耦合式求解器中有效,在分离式求解器中无效:理想气体模型,用户定义的理想气体模型,NIST理想气体模型,非反射边界条件和用于层流火焰的化学模型。


fluent入门一般问题(三)的图1

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