Fluent 求解器背景: 分離求解
方程解耦–分離求解
–如果方程中只有一個未知變量,那么這個方程組在求解時可以不考慮其它的變量
系數ap和anb是標量
–每個方程都可以使用低松馳連續求解
限制了變量從到下一步迭代的變化量
增強了迭代過程中的穩定性
–這被稱為外迭代
–一旦收斂條件達到,所有的非線性方程都滿足
什么是收斂
什么時候可以判斷計算收斂…
–無量綱化了的殘差值低于缺省的收斂標準并且
–參數的值不再有可評估的變化
殘差的定義未無量綱化的殘差 P48
φ的方程可以簡單表達為:
–系數在每一步外迭代更新
當迭代開始時,上述方程將不再滿足
–方程的誤差即為殘差, Rp,
–殘差可以理解為對線性方程的修正,使其滿足守恒性
–隨著迭代步數的增加,殘匪差Rp應該可以忽略
–你所監控的殘差是所有網格上的殘匪差之和
沒有無量綱時很難判斷殘差的大小–殘差的大小與問題的性質有關 自然對流(速度低)的殘差一般比強迫對流的殘差小(速度高) 因此,
需要使用無量綱化的殘差–對于動量方程和能量方程,無量綱的殘差定義為
監控點
進行監控時最好能確定:
–求解不再有顯著的變化
–已經收斂
Icepak提供在特定位置監控某個變量的變化的功能
–在感興趣的位置放置監控點并監控:
速度
溫度
壓力
判斷收斂
沒有適合于所有問題的一般方法
–對初始流場適當的設置將使連續方程的比例因子較小
殘差一開始很大,但在低于缺省收斂標準之前會就變得很小
–對初始流場不適當的設置將使有些方程的比例因子較大
殘差可能一開始就很小并且看起來已經收斂了
在判斷收斂時最好不要只看殘差的大小,還應該看殘差的變化情況
–非常迅速或瞬時的”收斂”說明變量變化很小或沒有變化
是否有意義
–Leveling off may indicate
在一定的數值精度內“收斂”
周期性變化–非定常現象(渦脫落)
導致發散的原因 P53
導致發散的原因:
–網格質量差
面對齊率
體積
細長比
–松馳系數設置不當
強非線性耦合可能造成數值不穩定
對網格質量敏感
–問題設置不當
有熱功耗時設置為絕熱
只有流入沒有流出
邊界條件錯誤
網格質量總述
計算網格的質量應該用以下標準來判斷
–穩定性
能不能得到收斂的解
–精確性
網格是否足夠用于解決物理問題
–大小
網格能否利用當前的計算資源在合理的時間內解決所求解的問題
網格質量穩定性
Icepak有三種判斷網格質量的方式:
–細長比: 網格最短和最長對角線的長度之比
對于多重網格不重要
當值為1.0E-2 時也是穩定的
必須為正值
–面對齊率:
最重要的判斷標準
當小于0.15時可能導致發散
使用湍流模型時尤其重要
–體積:
大多數情況下不重要
最好確定體積大于1.0E-12
一個收斂的求解不論網格如何都將滿足守恒性
–質量
–能量
–“線性”化的動量方程
但是, 指定的值可能因為網格的變化而變化
–邊界層分辨率
–速度,壓力和溫度的分布
–小尺度流動的分辨
一旦問題得到了合適的求解,再增加網格的數量將不會再改變求解的結果
–網格不相關求解
網格質量精確性: 邊界層
邊界層分辨率
–剪切或速度梯度
壓力損失
風扇操作點, 如果合適
分離和再附點
阻力和升力系數
–熱流或溫度梯度
最大和最小溫度
分辨率由固體-流體交界面第一層網格高度控制
–建議每一層網格分布緊密
典型的電子散熱情況取1 到0.5 mm (0.04 到0.02 inches)
湍流模型將自動關閉過于緊密的網格分布
–對邊界層分辨率過低將導致估計溫度偏高
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網格質量精確性: 分布或形狀
分布或形狀
–固體內溫度
內部最大和最小溫度
平均溫度不受求解的影響
–完全發展流動的速度型
平板層流的速度型是拋物線形
由網格數量或增長率控制分辨率
–流體縫隙里有三個網格
求解拋物型的最小數目
–建議在熱產生區域分布陣列網格
通常使用3乘3個網格
–使用合適的向內/向外的網格高度和增長率來獲取分布
網格質量精確性: 小尺度流動
小尺度區域流動
–回流區
邊角處
分離區
湍流粘性層的外部
–膨脹和壓縮區域
流過洞穴的流動
–射流和尾流
障礙物的上風區
–障礙物在上風區的繞流
使用最大網格大小和增長率來控制
–確定有足夠的網格密度來求解相應的物理問題
只能得到網格所允許得到的求解
–在梯度較大的區域應該使增長率保持較小的值
網格質量網格大小
越大的網格數目需要更多的計算資源
–計算時間隨著網格數量的增多而線性增加
時間有時是很重要的
充分利用求解器的長處
–導熱薄板
–非結構網格和空心區域
–埋入網絡模型
巧妙地建模
–緊湊型散熱器的表達
–當尺度不同時使用Zoom-In建模精確求解
板上的元件
網格質量指導和推薦
穩定的網格是強制規定的
–確保面對齊率和體積在推薦范圍內
開始時先生成一套粗網格
–粗網格可以得到守恒的溫度估計
細化網格估計操作條件
–使用計算結果來指導重劃網格
在梯度較大的區域增加網格密度
特別注意熱產生器件和重要組件的網格分布
確定網格可以
–足夠分辨邊界層
–在流體縫隙里分布三個網格
–使用網格到網格的求解插值
Icepak資料下載: Icepak高級建模(456頁).pdf
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