FLUENT培训教材09瞬态问题

nullnullANSYS FLUENT 培训教材 第九节：瞬态问题安世亚太科技（北京）有限公司动机动机自然界几乎所有流动都是瞬态的 下列情况可以近似为稳态: 忽略瞬态的脉动 引入整体的时间平均来消除瞬态影响 CFD中使用稳态方法的好处是 更少的计算资源 更容易后处理和 许多应用要求使用瞬态求解: 气动（飞机、机车等） – 涡脱落 旋转机械 – 动静干涉，失速，喘振, 多相流– 自由液面，气泡动力学 变形域– 内燃机燃烧，投放 瞬态换热 – 瞬态加热或冷却 …...瞬态流动的根源瞬态流动的根源自然发生的瞬态流动 由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动 例如：自然对流，湍流涡，流动波（重力波、激波） 强迫瞬态流动 时间平均的边界条件，源项引起的瞬态流动 例子：喷嘴的脉冲，旋转机械的动静干涉Kelvin-Helmholtz Cloud InstabilityBuoyant Box Falling Into a Pool of Water瞬态CFD分析瞬态CFD分析模拟指定时间内的瞬态流场 可以通过以下方法求解: 稳态解 – 流场不再随时间变化 时间周期解 – 流场形态随时间脉动重复出现 目标可以简化为分析预定时间间隔的流动 自由表面流 移动的激波 等等 抽取关心的变量 特征频率 （如：斯德鲁哈尔数） 时间平均或/RMS值 时间相关的参数（如，热固体的冷却时间，污染物的停留时间） 特殊数据（快速傅立叶变换）瞬态流动模拟瞬态流动模拟流程激活瞬态求解器 设置物理模型和边界条件 允许设置瞬态边界条件–UDF 或分布文件 指定初场 最好用有物理意义的初场，如稳态流场 求解器设置，监测设置 设置动画和数据输出选择 选择时间步和最大迭代次数 设定时间步数 计算激活瞬态求解器激活瞬态求解器在 General 菜单下选择Transient 按钮: 开始执行迭代前，需要设置附加的控制 求解器设置 动画 数据输出 /自动保存选项选择瞬态时间步长选择瞬态时间步长在Run Calculation菜单中设置时间步长， t t 必须小到能解析和时间相关的特征。确定每个时间步的最大迭代步内能收敛 时间步大致可按照下面公式估计: 也可以选择能解析流动特征的时间步（在指定脉动周期的情况下） 指定零时间步时迭代，求解器会仅仅在当前时间步下收敛 对许多瞬态流动，PISO格式有助于加速收敛瞬态模型选择 瞬态模型选择 自适应时间步长 基于局部截断误差自动调整时间步长 可以通过 UDF指定 时间平均的统计 在使用 LES 时需要使用 在使用密度基求解器时，Courant 数定义了: 密度基显式求解器的全局时间步长 密度基隐式求解器的伪时间步长 真实时间步长仍然必须在迭代面板中定义瞬态流动模型 – 动画瞬态流动模型 – 动画必须在计算前设置动画 动画帧在计算中写出并存储创建动画的其他方法创建动画的其他方法另外一个创建动画的方法是利用Execute Commands 可以通过文本命令或宏定义在预定的迭代步或时间间隔，执行哪些操作 这种方法在创建高质量的动画结果时有用 定义生成动画帧（云图、矢量图等）并存储文件的命令. 利用第三方软件把这些文件链接成动画文件(AVI, MPG, GIF, 等)执行迭代执行迭代最通常的时间推进格式是迭代格式 求解器在当前时间步收敛然后推进到下一个时间步 当Max Iterations/Time Step 达到时，或者收敛满足时，时间推进到下一步 各时间步依次收敛直至达到总时间步 必须定义初始化 设置流体域的初始质量和流场的初始状态 非迭代时间推进法 (NITA) 可以用于更快速的计算时间收敛行为收敛行为瞬态计算的残差图不一定能说明收敛 下图显示了简单问题的瞬态计算残差图 时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级 这将确保瞬态行为被解析瞬态模拟的技巧瞬态模拟的技巧压力-速度耦合采用 PISO 格式，比标准SIMPLE 格式更易收敛 选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级 每个时间步的迭代次数大约20次，减少时间步长比增加每步的迭代次数要好。 记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要，初场一定要符合真实物理条件 在计算前定义希望得到的动画谢谢谢谢www.peraglobal.com.cnA Pera Global Company © PERA China