Установка параметров счета

Установка параметров счета осуществляется с помощью ко­манды:

ГМ: Solve ® Controls ® Solution

Вид этого меню зависит от выбранного типа решателя. Меню Solution Controls для Pressure Based решателя показано на рис. 12.1.

Рис. 12.1. Вид меню Solution Controls для алгоритма Pressure Based

Это меню условно можно поделить на четыре части:

- Equations;

- Under-Relaxation Factors;

- Discretization;

- Pressure-Velocity Coupling.

В поле Equations (1 рис. 12.1) приводится список решаемых в данной задаче уравнений. Их выбор и количество зависит от типа решаемой задачи. При исследовании течений в элементах двигателей 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. Прием при кото­ром при решении задачи используется не полная система урав­нений может быть использован в случаях не удается запустить решение уравнения.

В поле Discretization (2 рис. 12.1) находятся названия решае­мых уравнений, напротив которых расположены списки доступ­ных для них схем дискретизации. Они описывается 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 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 Re<100.

- Linear – линейная схема дискретизации.

- QUICK - схема локально третьего порядка точностей. Применяется для ортогональных сетках и при высоком из 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 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 итерации в течении итерации.

Коэффициент релаксации может 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 решения будет наименьшей, но при этом расчет протекает более стабильно, вероятность сбоев за­метно уменьшается. То есть, уменьше­ние коэффициентов релак­сации улучшает сходимость, но значительно увеличивают время счета. Снижение коэффициента релаксации широко применя­ется при проблемах с запуском расчета задачи.

При a α 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 неизмен­ными и прибегать к их коррекции только при невозможности получения устойчивого процесса счета.

В зоне Pressure-Velocity Coupling (4 рис. 12.1) выбирается алго­ритм решения связки уравнения движения и неразрывности для корректного определения полей давления и скорости. Всего воз­можно четыре алгоритма:

- SIMPLE – простейшая схема увязки полей скоростей и давлений. Поле давле­ний определяется с помощью уравнения неразрывно­сти. Но подставляется уравнение Навье – Стокса, 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 ели расчетные области имеют подвижные элементы.

- COUPLED – этот алгоритм появился в последней вер­сии программы и считается отдельным Pressure-based coupled решателем. 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 пока­зано на рис. 12.2.

Рис. 12.2. 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 левом нижнем углу вместо выбора увязки по­лей скоростей и давлений находится поле выбора числа Куранта. Оно подобно коэффициентам релаксации выполняет функцию регулирования «стабильность-скорость» решения. Чем оно меньше, тем устойчивее решение и тем больше время счета 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 - 25…...200.

Начальные значения числа Куранта следует выбирать из нижней части диапазон. В случае получения устойчивого реше­ния оно может быть увеличено, за счет чего процесс решения может быть ускорен, однако брать числа Куранта свыше реко­мендованных 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 элементом 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 сетки. Решение на редкой сетки получется во много раз быстрее, чем на исходной сетке. Оно далеко от точного, но примерно отражает поля изменения парметров в расчетной области. Они используются в качестве начальных для расчетов на сетках более высокого уровня. Результаты расчета на них используются в качестве начальных данных в сетках более высокого уровня и т.д. Этот прием позволяет значительно ускорить процесс решения и увеличить его стабильность.

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