fluent求解器资料.docx

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压力基求解器

　　在压力基求解器中，控制方程是依次求解的。

压力基求解器是从原来的分离式求解器发展来的，按顺序仪次求解动量方程、压力修正方程、能量方程和组分方程及其他标量方程，如湍流方程等，和之前不同的是，压力基求解器还增加了耦合算法，可以自由在分离求解和耦合求解之间转换，

　　需要注意的是，在压力基求解器中提供的几个物理模型，在密度基求解器中是没有的。

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。

与密度基求解器的区别：

　　区别1：

压力基求解器主要用于低速不可压缩流动的求解，而密度基求解器则主要针对高速可压缩流动而设计，但是现在两种方法都已经拓展成为可以求解很大流动速度范围的求解方法。

两种求解方法的共同点是都使用有限容积的离散方法，但线性化和求解离散方程的方法不同。

　　区别2：

密度基求解器从原来的耦合求解器发展来的，同时求解连续性方程、动量方程、能量方程和组分方程。

然后依次再求解标量方程。

（注：

密度基求解器不求解压力修正方程，因为其压力是由状态方程得出的）。

密度基求解器收敛速度快，需要内存和计算量比压力基求解器要大！

特点：

　　适用于压力基但不适用于密度基的模型：

（1）空化模型

（2）VOF模型

　　（3）Mixture多相流模型

　　（4）Eulerian多相流模型

　　（5）非预混燃烧模型

　　（6）预混燃烧模型

　　（7）部分预混燃烧模型

　　（8）组合PDF传输模型

密度基求解器（CoupledSover）是同时fluent求解连续方程、动量方程、能量方程及组分输运方程的耦合方程组，然后逐一地求解湍流标量方程。

由于控制方程是非线性的，且相互之间是耦合的，因此，在得到收敛解之前，要经过多轮迭代:

　　1）根据当前的解的结果，更新所有流动变量。

如果计算刚刚开始，则用初始值来更新。

　　2）同时求解连续方程、动量方程、能量方程及组分输运方程的耦合方程组（后两个方程视需要进行求解）

　　3）根据需要，逐一地求解湍流、辐射等标量方程。

注意在求解之前，方程中用到的有关变量要用到前面得到的结果更新。

　　4）对于包含离散相的模拟，当内部存在相间耦合时，根据离散相的轨迹计算结果更新连续相的源项。

　　5）检查方程组是否收敛，若不收敛，回到第1）步，重新计算。

格式：

　　密度基求解器有两种格式：

隐式和显式。

密度基显式与隐式求解器依次求解额外的标量方程（如湍流和辐射等）。

两种格式求解器的主要不同点在于对于耦合方程的线性化上。

由于隐式格式具有很好的稳定性，因此使用隐式求解器能够比显式格式更快的获得收敛的稳定解。

然而，隐式格式要比显式格式消耗更多的内存。

具体情况可以查看Fluent理论手册。

特点：

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，需要考虑密度基求解器。

密度基求解器耦合了流动和能量方程，常常很快便可以收敛。

密度基求解器所需要的内存约是压力基求解器的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，就可以采用压力基或密度基显式。

密度基显式虽然也耦合了流动和能量方程，但是它还是比密度基隐式需要的内存少，当然它的收敛性也相应差一些。

FLUENT求解器设置主要包括：

1、压力-速度耦合方程格式选择2、对流插值3、梯度插值4、压力插值

下面对这几种设置做详细说明。

一、压力-速度耦合方程求解算法

FLUENT中主要有四种算法：

SIMPLE，SIMPLEC，PISO，FSM

（1）SIMPLE（semi-implicitmethodforpressure-linkedequations）半隐式连接压力方程方法，是FLUENT的默认格式。

（2）SIMPLEC（SIMPLE-consistent）。

对于简单的问题收敛非常快速，不对压力进行修正，所以压力松弛因子可以设置为1

（3）Pressure-ImplicitwithSplittingofOperators（PISO）。

对非定常流动问题或者包含比平均网格倾斜度更高的网格适用

（4）FractionalStepMethod（FSM）对非定常流的分步方法。

用于NITA格式，与PISO具有相同的特性。

二、对流插值（动量方程）

FLUENT有五种方法：

一阶迎风格式、幂率格式、二阶迎风格式、MUSL三阶格式、QUICK格式

（1）FLUENT默认采用一阶格式。

容易收敛，但精度较差，主要用于初值计算。

（2）PowerLar.幂率格式，当雷诺数低于5时，计算精度比一阶格式要高。

（3）二阶迎风格式。

二阶迎风格式相对于一阶格式来说，使用更小的截断误差，适用于三角形、四面体网格或流动与网格不在同一直线上；二阶格式收敛可能比较慢。

（4）MUSL（monotoneupstream-centeredschemesforconservationlaws）.当地3阶离散格式。

主要用于非结构网格，在预测二次流，漩涡，力等时更精确。

（5）QUICK（Quadraticupwindinterpolation）格式。

此格式用于四边形/六面体时具有三阶精度，用于杂交网格或三角形/四面体时只具有二阶精度。

三、梯度插值梯度插值主要是针对扩散项。

FLUENT有三种梯度插值方案：

green-gausscell-based，Green-gaussnode-based，least-quarescellbased.

（1）格林-高斯基于单元体。

求解方法可能会出现伪扩散。

（2）格林-高斯基于节点。

求解更精确，最小化伪扩散，推荐用于三角形网格上

（3）基于单元体的最小二乘法插值。

推荐用于多面体网格，与基于节点的格林-高斯格式具有相同的精度和格式。

四、压力插值压力基分离求解器主要有五种压力插值算法。

（1）标准格式（Standard）。

为FLUENT缺省格式，对大表妹边界层附近的曲线发现压力梯度流动求解精度会降低（但不能用于流动中压力急剧变化的地方——此时应该使用PRESTO!

格式代替）

（2）PRESTO!

主要用于高旋流，压力急剧变化流（如多孔介质、风扇模型等），或剧烈弯曲的区域。

（3）Linear（线性格式）。

当其他选项导致收敛困难或出现非物理解时使用此格式。

（4）secondorder（二阶格式）。

用于可压缩流动，不能用于多孔介质、阶跃、风扇、VOF/MIXTURE多相流。

（5）BodyForceWeighted体积力。

当体积力很大时，如高雷诺数自然对流或高回旋流动中采用此格式。

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首先，所谓的steady和unsteady就表述了流动状态是否随时间变化的含义，这是定性的问题，你自己建立模型一定要明确的。

这在计算过程中就是体现在方程不同，unsteady流多了时间变量，那么unsteady流就要进行时间离散。

其次，两种求解的结果对比而言：

一种情况是你要求解的物理问题是steady的，从理论上来说那么两种求解方式收敛之后的结果都是一样或者近似的。

只不过需要注意的是，在unsteady的求解中dt的选取会影响你的计算结果，有可能会计算发散，而且还必须要足够的计算步达到收敛才能和steady的结果进行比较。

换句话说，如果你用unsteady的方法去求解steady流，如果计算本身就没收敛，就取结果进行比较，那么肯定是不行的。

一般而言，在进行unsteady求解的时候，前面一段时间的计算结果基本上是不予采用的，因为有一个数值收敛的过程。

另一种是你要求解的物理问题是unsteady的，那么你用steady的求解方法得出的结果就是一堆垃圾了，没有任何价值。

看你的帖子里面说有物体的移动，我不清楚具体的物理模型，但估计应该是unsteady流。

generally,thedefaultsettingis

choosingforsolver：

FLUENTprovidesthreedierentsolverformulations:

segregated

coupledimplicit

coupledexplicit（显式格式主要用于激波等波动解的捕捉问题）

Thesegregatedsolvertraditionallyhasbeenusedforincompressibleandmildlycompressibleflows.Thecoupledapproach,ontheotherhand,wasoriginallydesignedforhigh-speedcompressibleflows.

Bydefault,FLUENTusesthesegregatedsolver,forhigh-speedcompressibleflows（asdiscussedabove）,highlycoupledflowswithstrongbodyforces（e.g.,buoyancyorrotationalforces）,orflowsbeingsolvedonveryfinemeshes,youmaywanttoconsiderthecoupledimplicitsolverinstead.

Forcaseswheretheuseofthecoupledimplicitsolverisdesirable,butyourmachinedoesnothavesufficientmemory,youcanusethesegregatedsolverorthecoupledexplicitsolverinstead.（explicitsavememoryuse,butneedmoreiterationsforconvergedsolution.

ChoosingtheDiscretizationScheme

1）first-orderupwindvssecond-orderupwind

Whentheflowisalignedwiththegridthefirst-orderupwinddiscretizationmaybeacceptable.Fortriangularandtetrahedralgrids,sincetheflowisneveralignedwiththegrid,youwillgenerallyobtainmoreaccurateresultsbyusingthesecond-orderdiscretization.Forquad/hexgrids,youwillalsoobtainbetterresultsusingthesecond-orderdiscretization,especiallyforcomplexflows.Formostcases,youwillbeabletousethesecond-orderschemefromthestartofthecalculation.Insomecas