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(gè)未知變量,那么這個(gè)方程組在求解時(shí)可以不考慮其它的變量
系數(shù)ap和anb是標(biāo)量
–每個(gè)方程都可以使用低松馳連續(xù)求解
限制了變量從到下一步迭代的變化量
增強(qiáng)了迭代過程中的穩(wěn)定性
–這被稱為外迭代
–一旦收斂條件達(dá)到,所有的非線性方程都滿足
什么是收斂
什么時(shí)候可以判斷計(jì)算收斂…
–無量綱化了的殘差值低于缺省的收斂標(biāo)準(zhǔn)并且
–參數(shù)的值不再有可評(píng)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(jiǎn)單表達(dá)為:
–系數(shù)在每一步外迭代更新
當(dāng)?shù)_始時(shí),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(duì)線性方程的修正,使其滿足守恒性
–隨著迭代步數(shù)的增加,殘匪差Rp應(yīng)該可以忽略
–你所監(jiān)控的殘差是所有網(wǎng)格上的殘匪差之和
沒有無量綱時(shí)很難判斷殘差的大小–殘差的大小與問題的性質(zhì)有關(guān) 自然對(duì)流(速度低)的殘差一般比強(qiáng)迫對(duì)流的殘差小(速度高) 因此,
需要使用無量綱化的殘差–對(duì)于動(dòng)量方程和能量方程,無量綱的殘差定義為
監(jiān)控點(diǎn)
進(jìn)行監(jiān)控時(shí)最好能確定:
–求解不再有顯著的變化
–已經(jīng)收斂
Icepak提供在特定位置監(jiān)控某個(gè)變量的變化的功能
–在感興趣的位置放置監(jiān)控點(diǎn)并監(jiān)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(duì)初始流場(chǎng)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置將使連續(xù)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(biāo)準(zhǔn)之前會(huì)就變得很小
–對(duì)初始流場(chǎng)不適當(dāng)?shù)脑O(shè)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(jīng)收斂了
在判斷收斂時(shí)最好不要只看殘差的大小,還應(yīng)該看殘差的變化情況
–非常迅速或瞬時(shí)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(shù)值精度內(nèi)“收斂”
周期性變化–非定?，F(xiàn)象(渦脫落)
導(dǎo)致發(fā)散的原因 P53
導(dǎo)致發(fā)散的原因:
–網(wǎng)格質(zhì)量差
面對(duì)齊率
體積
細(xì)長(zhǎng)比
–松馳系數(shù)設(shè)置不當(dāng)
強(qiáng)非線性耦合可能造成數(shù)值不穩(wěn)定
對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量敏感
–問題設(shè)置不當(dāng)
有熱功耗時(shí)設(shè)置為絕熱
只有流入沒有流出
邊界條件錯(cuò)誤
網(wǎng)格質(zhì)量總述
計(jì)算網(wǎng)格的質(zhì)量應(yīng)該用以下標(biāo)準(zhǔn)來判斷
–穩(wěn)定性
能不能得到收斂的解
–精確性
網(wǎng)格是否足夠用于解決物理問題
–大小
網(wǎng)格能否利用當(dāng)前的計(jì)算資源在合理的時(shí)間內(nèi)解決所求解的問題
網(wǎng)格質(zhì)量穩(wěn)定性
Icepak有三種判斷網(wǎng)格質(zhì)量的方式:
–細(xì)長(zhǎng)比: 網(wǎng)格最短和最長(zhǎng)對(duì)角線的長(zhǎng)度之比
對(duì)于多重網(wǎng)格不重要
當(dāng)值為1.0E-2 時(shí)也是穩(wěn)定的
必須為正值
–面對(duì)齊率:
最重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)
當(dāng)小于0.15時(shí)可能導(dǎo)致發(fā)散
使用湍流模型時(shí)尤其重要
–體積:
大多數(shù)情況下不重要
最好確定體積大于1.0E-12
一個(gè)收斂的求解不論網(wǎng)格如何都將滿足守恒性
–質(zhì)量
–能量
–“線性”化的動(dòng)量方程
但是, 指定的值可能因?yàn)榫W(wǎng)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(dòng)的分辨
一旦問題得到了合適的求解,再增加網(wǎng)格的數(shù)量將不會(huì)再改變求解的結(jié)果
–網(wǎng)格不相關(guān)求解
網(wǎng)格質(zhì)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(fēng)扇操作點(diǎn), 如果合適
分離和再附點(diǎn)
阻力和升力系數(shù)
–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(wǎng)格高度控制
–建議每一層網(wǎng)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(dòng)關(guān)閉過于緊密的網(wǎng)格分布
–對(duì)邊界層分辨率過低將導(dǎo)致估計(jì)溫度偏高
熱設(shè)計(jì) http://www.0532yewu.com
網(wǎng)格質(zhì)量精確性: 分布或形狀
分布或形狀
–固體內(nèi)溫度
內(nèi)部最大和最小溫度
平均溫度不受求解的影響
–完全發(fā)展流動(dòng)的速度型
平板層流的速度型是拋物線形
由網(wǎng)格數(shù)量或增長(zhǎng)率控制分辨率
–流體縫隙里有三個(gè)網(wǎng)格
求解拋物型的最小數(shù)目
–建議在熱產(chǎn)生區(qū)域分布陣列網(wǎng)格
通常使用3乘3個(gè)網(wǎng)格
–使用合適的向內(nèi)/向外的網(wǎng)格高度和增長(zhǎng)率來獲取分布
網(wǎng)格質(zhì)量精確性: 小尺度流動(dòng)
小尺度區(qū)域流動(dòng)
–回流區(qū)
邊角處
分離區(qū)
湍流粘性層的外部
–膨脹和壓縮區(qū)域
流過洞穴的流動(dòng)
–射流和尾流
障礙物的上風(fēng)區(qū)
–障礙物在上風(fēng)區(qū)的繞流
使用最大網(wǎng)格大小和增長(zhǎng)率來控制
–確定有足夠的網(wǎng)格密度來求解相應(yīng)的物理問題
只能得到網(wǎng)格所允許得到的求解
–在梯度較大的區(qū)域應(yīng)該使增長(zhǎng)率保持較小的值
網(wǎng)格質(zhì)量網(wǎng)格大小
越大的網(wǎng)格數(shù)目需要更多的計(jì)算資源
–計(jì)算時(shí)間隨著網(wǎng)格數(shù)量的增多而線性增加
時(shí)間有時(shí)是很重要的
充分利用求解器的長(zhǎng)處
–導(dǎo)熱薄板
–非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和空心區(qū)域
–埋入網(wǎng)絡(luò)模型
巧妙地建模
–緊湊型散熱器的表達(dá)
–當(dāng)尺度不同時(shí)使用Zoom-In建模精確求解
板上的元件
網(wǎng)格質(zhì)量指導(dǎo)和推薦
穩(wěn)定的網(wǎng)格是強(qiáng)制規(guī)定的
–確保面對(duì)齊率和體積在推薦范圍內(nèi)
開始時(shí)先生成一套粗網(wǎng)格
–粗網(wǎng)格可以得到守恒的溫度估計(jì)
細(xì)化網(wǎng)格估計(jì)操作條件
–使用計(jì)算結(jié)果來指導(dǎo)重劃網(wǎng)格
在梯度較大的區(qū)域增加網(wǎng)格密度
特別注意熱產(chǎn)生器件和重要組件的網(wǎng)格分布
確定網(wǎng)格可以
–足夠分辨邊界層
–在流體縫隙里分布三個(gè)網(wǎng)格
–使用網(wǎng)格到網(wǎng)格的求解插值
Icepak資料下載: Icepak高級(jí)建模(456頁(yè)).pdf
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