Fluent 的一些使用说明

Fluent 的一些使用说明

2008-04-29 15:14

题记：FLUENT-manual 中解算方法的一些说明，摘录翻译了其中比较重要的细节，希望对初学FLUENT的朋友在选择设置上提供一些帮助，不致走过多的弯路。

离散

1、 QUICK格式仅仅应用在结构化网格上，具有比second-order upwind 更高的精度，当然，FLUENT也允许在非结构网格或者混合网格模型中使用QUICK格式，在这种情况下，非结构网格单元仍然使用second-order upwind 格式计算。

2 、MUSCL格式可以应用在任何网格和复杂的3维流计算，相比second-order upwind，third-order MUSCL 可以通过减少数值耗散而提高空间精度，并且对所有的传输方程都适用。third-order MUSCL 目前在FLUENT中没有流态限制，可以计算诸如冲击波类的非连续流场。

3、有界中心差分格式bounded central differencing 是LES默认的对流格式，当选择 LES后，所有传输方程自动转换为bounded central differencing 。

4 、low diffusion discretization 只能用在亚音速流计算，并且只适用于implicit-time，对高Mach流，或者在explicit time公式下运行LES ，必须使用 second-order upwind 。

5、改进的HRIC格式相比QUICK 与second order 为VOF计算提供了更高的精度，相比Geo-Reconstruct格式减少更多的计算花费。

6 、explicit time stepping 的计算要求苛刻，主要用在捕捉波的瞬态行为，相比implicit time stepping 精度更高，花费更少。但是下列情况不能使用explicit time stepping：

（1）分离计算或者耦合隐式计算。explicit time stepping只能用于耦合显式计算。

（2）不可压缩流计算。Explicit time stepping 不能用于计算时间精度不可压缩流（如除了理想气体的气体定律）。不可压缩流计算必须在每个时间步迭代至收敛。

（3）收敛加速。FAS multigrid 与residual smoothing 在explicit time stepping 条件下破坏时间精度。

7 、node-based 平均格式比默认的cell-based格式在非结构网格特别是三角形和四面体网格的计算上更精确。

分离解算器

1、当standard pressure 插值格式无效的时候，可以考虑：

（1）linear格式，相邻单元的压力平均作为计算面压力。

（2）second-order 格式，通过2阶精度对流项重构面压力改进standard 与 linear 格式，但是如果网格质量很差的话，计算会有问题。并且，second-order 不适合于多孔

介质引起的非连续压力梯度流以及VOF 与 mixture 多相流计算。

（3）body-force-weighted 通过假设压力和体积力之间差异的标准梯度是常数来计算面压力。如果体积力在动量方程中优先知道的话，如浮力，轴对称旋转流计算，可以获得较好的效果。

2、当模型中包含多孔介质，body-force-weighted 格式只计算无孔面，并且考虑外体积力（gravity, swirl, Coriolis）以及由于密度的迅速改变而导致的压力梯度（natural convection, VOF）的非连续性。所有内部和外部的多孔面按照特定的格式处理，保证法向速度通过单元面的连续性而不管阻力是否连续。

3、PRESTO! 适用于所有类型的网格，但是对三角形和四面体网格，并不能提供比其他算法更高的精度。

4、second-order upwind 与QUICK格式不适用于可压缩多相流中密度的定义。first-order upwind 用于可压缩相的计算，算术平均法用于不可压缩相的计算。由于计算稳定性的原因，推荐在计算可压缩流时，先使用first-order 格式，然后转向高精度格式。

5、PISO算法的目的是减少SIMPLE与SIMPLEC在求解压力修正方程过程中的反复计算 ，在每次迭代中需要占用更多的CPU时间，但是可以显著地的减少收敛所需要的迭代步数，特别是针对瞬时问题。

选择解算模式

1、segregated solver常规上用做不可压缩流和轻微可压缩流计算，coupled solver

最初用做高速可压流的计算。当前这两种解算方式都适用于大范围的流体计算（从不可压到高度可压），但是coupled solver在高速可压流计算中具备一定的优势。

2、默认条件下，FLUENT 使用segregated solver，但是高速可压流，具有强烈体积力（浮力，旋转力）的耦合流以及非常精细网格的流动，可以选择coupled implicit solver ，计算中运动方程与能量方程耦合，收敛速度更快但是比segregated solver消耗更多的内存。如果电脑内存不足，可以使用segregated solver 或者coupled explicit solver，但是coupled explicit solver需要更长的时间达到收敛。

3、下列segregated solver物理模型不适用于coupled solvers：

（1）空化模型，VOF模型，混合多相流模型，Eulerian多相流模型

（2）多孔介质

（3）非预混燃烧模型，预混燃烧模型，不完全预混燃烧模型

（4）PDF传输模型

（5）Soot与NOx 模型

（11）辐射模型

（12）熔化/凝固模型

（13）壳传导模型

（14）操作压力变化

（15）周期性流动

4、下列不能使用segregated solver，必须使用coupled solvers：

（1）真实气体模型（非理想气体）

（2）自定义的真实气体模型

（3）非反射边界条件

(4) laminar flames

离散格式

first-order格式具有较好的收敛性但是精度低，多数情况下计算开始应使用second-order。某些情况下可以先使用 first-order然后转为second-order。如果second-order收敛困难，用first-order。在模型简单的结构网格计算上，first-order解算精度与second-order区别不大。

QUICK在结构网格条件下计算旋转流场与涡流比second-order提供更高的精度，通常情况下，second-order是足够有效的，使用QUICK不会提高精度。power law 也可能用到，但是只有first-order精度。

中心差分仅仅用在湍流模型，并且网格必须足够精细而且局部Peclet数要小于1。

压力插值格式选择

1、如果问题包含大的体积力，推荐使用body-force-weighted 。

2、高涡流数，高 Rayleigh数自然对流，高速旋流，多孔介质以及强烈的曲体流，推荐PRESTO 。

3、可压缩流推荐second-order。

4、当其他格式无效时使用second-order 提高精度。

5、second-order 不能用在多孔介质以及多相流计算。

密度插值格式选择

多相可压缩流只能使用first-order。

计算产生冲击波的可压缩流，强烈推荐在四边形、六面体或者混合网格条件下所有变量包括密度都使用QUICK。

压力速度耦合方式选择

SIMPLEC相比SIMPLE通常收敛更快，并且可以使用较大的松弛因子。但是比较复杂的湍流或者附加物理方程的计算，SIMPLEC与SIMPLE基本没有区别。

强烈推荐在网格扭曲变形较大的情况下使用PISO。

SIMPLEC与SIMPLE在稳态计算中比PISO有效，PISO在非稳态计算中更好。

网格

除low-Reynolds-number turbulence 与LES模型外，湍流计算模式中需要使用wall functions，边界层使用粗网格，贴近壁面的网格不能过分精细，保证：30