04、FLOW_3D V11网格划分

网格划分overlap lengthadiabatic boundary2021/7/11 FAVOR 检查检查l用于帮助判断几何是否被解析出来l不同颜色表示不同的问题类型lSlice 可以用于查看内部的特征2021/7/12FAVOR 检查检查2021/7/13网格类型网格类型l笛卡尔坐标系l常规网格l相符网格（Conforming)2021/7/14Conforming to open volumel对于凝固分析和冷却管分析非常有效的l1 个相符网格（conform to open）l1 个常规网格l两者混合使用total,fluid and solid sub-domain cell counts:22,975,551 468,893 1,878,694simulation time comparison:-single fine mesh:24 hours-two mesh blocks:6 hourswith no loss of accuracy!2021/7/15Conforming to blocked volumeoverlap length2021/7/16Linked Mesh Blocks减少计算域范围每个网格块都有其网格单元尺寸建议不要超过五个可能出现大的插值误差最佳2021/7/17Nested Mesh Blocks较大块的长度应该是较小块的偶数倍，避免拉长单元当网格块边界未对齐时，应该添加网格面使得边界对齐211减少网格数量增加局部解析度2021/7/18对于网格划分，最佳参数推荐值对于网格划分，最佳参数推荐值针对一个网格区块针对一个网格区块 尽量保持单元间距是均等的对于一个单元而言，最大尺寸比：最佳结果：1:1:1 长宽比(x:y:z)任一两方向的单元间距比值不要超过 3:1 或1:3对于相邻单元而言，最大尺寸比：最佳结果：1:1(x:x,y:y,or z:z)任一一个方向上的相邻单元比值不要超过1:1.25 或1.25:1在重点区域内利用网格面强制增加单元是明智的选择-但过度增加网格面可能会导致数值收敛问题针对复合网格区块内针对复合网格区块内(嵌套式或连接式嵌套式或连接式)对于复合网格而言，网格大小比值最好为整数倍数非整数倍数情况，将会导致不断增加的内插值错误最佳结果:1:1 至 2:1不要超过 2:1131.2512112021/7/19嵌套式网格区块嵌套式网格区块嵌套网格区块必须完全被放置在其它区块的内部利用网格面，强制将不同网格块的边界面对齐内嵌网格块所有的边应该与外部网格块对齐，若不对齐，可以利用网格面强制对齐网格面应该在内嵌和外部网格内或边界面处不要把内嵌网格边界放置在流场复杂处连接式网格区块连接式网格区块连接式网格块间必须共享一个边界面，允许有重叠或交叉的情况利用网格面，强制将不同网格块的边界面对齐不要把连接式网格边界放置在流场复杂处对于网格划分，最佳参数推荐值（续）对于网格划分，最佳参数推荐值（续）2021/7/110小结小结l尽量维持网格块间的比值为2:1.l在流场复杂区域，尽量保证XYZ单元尺寸比值为1:1:1l相符网格所用的激活网格数量可以在预处理时查看l相符网格内不能与GMO和多孔介质物体使用l尽可能采用 linked 取代nestedl不要过多网格块，建议不要超过五个l网格边界处尽量放置在远离复杂流场和复制几何的区域2021/7/111提供的数值选项提供的数值选项常出现的问题常出现的问题错误信息诊断错误信息诊断数值选项2021/7/112压力求解器 -数值选项 -收敛控制VOF自由 -数值选项液面求解器 -体积守恒 -体积误差隐式选项 -显式/隐式 近似 -时间步长稳定性控制 -隐式求解器诊断 -压力迭代失败 -对流通量失败 -诊断输出概要概要2021/7/113每个选项都有默认值;尽可能使用默认值.数值设定用户界面2021/7/114 不可压缩流体方程中压力必须利用隐式法求解，以维持数值解的稳定性.因此，每一时刻内的压力都必须迭代求解.FLOW-3D提供三种迭代方式.每个方法都有其优缺点.一个理想的迭代法应该有几个特点:1.大部分的时间都可以收敛2.快速收敛3.收敛失败后，下一时刻还有机会恢复收敛压力迭代t cycle iter dtstbl/code delt vl epsi cpu clock-3.85E-03 22 22 4.99E-04/cz 2.79E-04 3.29E+01 3.4E-01 5.3E+01 17:24:167.99E-03 33 23 4.57E-04/cz 4.57E-04 6.81E+01 2.1E-01 7.1E+01 17:24:341.21E-02 42 20 4.54E-04/cz 4.54E-04 1.03E+02 2.1E-01 8.6E+01 17:24:491.62E-02 51 23 4.53E-04/cz 4.53E-04 1.38E+02 2.1E-01 1.0E+02 17:25:04solver message outputiterations at a given time step(or cycle)2021/7/115true solutionnumerical solutionpredictor stepcorrector stepDttimeIncremental Solution Steps时间步长收敛区域:初始猜测的数值必须在这个范围内，在校正步骤才能有效修正数值解在每一时刻都只是近似解，越小的时间步长和越严格的收敛条件可以让数值解更准确nn+12021/7/116压力迭代失败恢复如果迭代失败,不过结果在落在收敛区内，可能再经过几个时间步长，结果会恢复到合理范围。如果迭代失败且结果在落在收敛区外，模拟可能无法恢复且会导致一些不合物理现象的结果。recoveryno recovery 有时可能因为时间步长太大或流场变化太剧烈，压力迭代无法收敛到所设定的收敛条件。这时候如何在接下来的时刻能够得到一组收敛答案，是数值计算中很重要的一环。SOR 压力迭代法的收敛区范围，相较其它几种迭代法最大。2021/7/117无法收敛可以利用仿真过程中用户界面中的收敛速度(iteration count)和收敛残值(epsi and residual)辅助判断收敛的状况.convergence failure2021/7/118收敛失败诊断常见的收敛失败是指在经过默认值或给定的迭代次数后仍然无法收敛到要求的误差内。此时求解器会采取以下动作:1.resid 2.0*epsi a)继续计算不过时间步长减为一半:b)如果收敛再失败，重复动作(a);c)如果连续失败三次,继续进行模拟不过累计失败次数.pressure iteration did not converge in itmax=1000 iterationsat t=2.1063E-01 cycle=1302 block=1epsi=5.6360E-01 resid=5.6433E-01delt=6.03465E-06 nocon=11time time-step convergence iteration time step failurenumber criterion residual size countersolver message file pressure iteration did not converge in itmax=1000 iterationsat t=4.1523E-01 cycle=2308 block=1 epsi=3.7088E-01 resid=1.8004E+00 delt=9.14405E-06restarting cycle with smaller time step2021/7/119收敛不佳的信号收敛不良会导致明显的非零发散速度场，此时会产生一些金属流体的不合理压缩现象.持续的收敛不良可能会导致数值解的不稳定.几个压力收敛问题的信号:压力迭代残值明显大于收敛条件epsi,例如大于100 倍甚至以上.持续的收敛失败;较大的体积误差,例如 5%;平均动能随时间变化突然有尖峰产生;不合理的压力与速度值.除了压力求解器本身的问题，不合理的边界条件或不佳的网格解析度都可能会造成无法收敛.2021/7/120压力迭代收敛选项FLOW-3D会自动计算收敛的标准.不过如果当你偶而需要较高的收敛标准，可以降低Multiplier for convergence criterion这个参数，例如从 1.0 降到0.1，不过基本上这个数值不应该超过 1.0.Maximum number of iteration failures这个参数可以由默认的25调整增加，以避免迭代失败次数太多，模拟被终止.当 GMRES 求解器无法收敛，subspace size可以由默认的 10 增加到 15 以帮助收敛，不过较大的 subspace size 并不一定总是有益的.增加Maximum number of iterations并不一定是有效的.其它选项建议使用默认值设定.2021/7/121Volume-of-Fluid Options自由液面选项F=1.0-fluidF=0.0-voidUVOF 方法主要是利用计算的速度场去求解volume-of-fluid 对流方程.理想的方法应该具备几个优点:准确的自由液面追踪体积守恒准备的计算流体动力的影响，例如自由液面上的压力、速度、温度边界条件.2021/7/122FLOW-3D所提供的几种VOF方法FLOW-3D提供几种VOF方法供选择.每种方法都有其优缺点.One fluid,free surface(默认选项):合理的自由液面追踪良好的流体体积守恒稳定、适用于大部分流场Split and Unsplit Lagrangian methods:优异的自由液面追踪流体体积可能不守恒还在持续发展绝大部分的铸造相关仿真，默认的选项(One-fluid,free surface)是较佳的选项.0.30.00.00.950.40.01.00.90.052021/7/123Convective Volume Error 对流体积误差根据volume-of-fluid 的基本定义,F,的值应该落在0.0,1.0 之间.不过求解 VOF 方程所得到的F值却可能超过这个范围，主因为:速度散度非零 VOF 方法的计算误差当F 1.0,代表网格单元过渡充填;此时过多的流体将会被移除，且记录为正的体积误差.当F 1.0F 0.02021/7/124对流体积误差流体体积和体积误差对时间与空间累积，然后以体积大小与体积误差百分比的形式，保存在仿真操作界面与flsgrf结果档中.正的体积误差代表流体体积被移除;负的则代表外加流体体积至网格单元中.2021/7/125一般而言,整个模拟的体积误差应该控制在:1%不过充填阶段出现暂时较大的体积误差是可以被接受的,例如在浇注的的初期由于金属体积的比例很少且可能浇道出现喷溅的现象，都可能导致较大误差.产生较大的体积误差通常是因为:不佳的网格解析度不良的压力收敛对流体积误差2021/7/126多网格块差分所造成的体积误差两个相邻网格块边界上的数据，靠着边界上格点之间的差分传递到另一区块.这个处理步骤可能会对计算引入额外的误差.例如流体从一个网格区块流到另一边，但两边的格点没有完全重合，不同区块间的差分数据传输就会造成体积的误差.Three-block gravity filling2021/7/127多网格块差分所造成的体积误差多网格块误差随着网格边界与时间累积，然后以体积误差百分比的形式，储存在仿真操作界面与flsgrf结果档中.正的体积误差代表流体体积被移除;负的则代表外加流体体积至单元中.多网格块的体积误差较大通常是因为:两个网格块边界处网格大小差异较大(通常建议 2.0)边界上较的流体或几何变化.不良的压力收敛2021/7/128*summary of open areas at inter-block boundaries*between blocks%difference open areas1 2 1.17717E-02 1.99978E+00 2.00002E+002 3 1.76009E-02 4.00019E+00 3.99948E+00open area mismatch at inter-block boundaries of all blocksas%of total open area at these mesh boundaries=1.56579E-02*end of inter-block open area summary *多网格块交界面造成的开口面积不一致Pre-processor summary,prpout网格块间的差分体积误差从另一个角度来思考，不同网格解析度的可能会造成相同直径的管子，交界两边的显示大小却不相同.可以参考前处理提供的数据;通常差距应该要小于 0.1%.2021/7/129Explicit/Implicit 显式/隐式选项显式或隐式主要是观看流体方程式中的通量(fluxes)与力(forces)如何近似处理:显式近似法相当简单，不过受制于较小的时间步长,Dt.隐式近似法可以使用较大的时间步长，不过每一时刻都需要迭代求解.显式隐式法结合使用可能让求解的速度加快.-explicit-implicit2021/7/130Implicit Heat Transfer 隐式法热传计算充填:建议使用显式法热传计算，因为时间步长的大小主要受限于流体方程中的对流项.冷却/凝固:建议使用隐式法热传计算，因为通常此时并不考虑流体运动.short print of time step stability limits:x-explicit convective time-step limit=4.24641E-04 at cell(28,6,2)in mesh block 1y-explicit convective time-step limit=4.25369E-04 at cell(29,6,2)in mesh block 1z-explicit convective time-step limit=4.50000E+19 at cell(2,2,1)in mesh block 1viscous time-step limit =5.09761E-01 at cell(96,18,2)in mesh block 1free surface time-step limit=7.80447E-03 at cell(96,17,2)in mesh block 1surface tension time-step limit=3.41531E-03 at cell(22,71,2)in mesh block 1 thermal conduction time-step limit=7.87090E-04 at cell(36,61,2)in mesh block 1wall heat transfer time-step limit=1.45131E-01 at cell(30,33,2)in mesh block 1Solver summary,hd3out2021/7/131求解器会在程序执行过程当中，提供一些可能改善数值结果的设定建议.使用者可以利用 Runtime Options在程序执行中修改数值设定.Solver Mentor 求解器建议t cycle dtstbl/code delt vls cpu clock-0.00E+00 0 1.00E+20/na 3.00E+00 0.00E+00 4.08E+00 15:05:203.00E+00 2 1.31E-03/cd 1.31E-03 8.29E-01 4.83E+00 15:05:24=mentor tip=heat transfer is limiting solution.recommend implicit heat-transfer.=3.49E+00 375 1.31E-03/cd 1.31E-03 0.00E+00 5.05E+01 15:06:13Solver messages,hd3msg2021/7/132Runtime Options 是 9.3之后版本新增的功能.当程序开始执行后，这个功能可以随时被启用.Runtime Options功能2021/7/133目的:尝试不同的数值设定是不是可以改善结果;改正错误设定,例如：重新设定计算时间;根据软件提供的建议进行修正.功能:所有的数值设定可以在界面窗口直接修改，不需要终止程序;可以自动记录restart 数据，以避免更改设定后的模拟出问题;可以设定数值更改生效的时间(默认是尽可能及时生效);可以将数值修改保存到原本的设定档中;可以程序执行过程任何时刻恢复原本的设定;log 档案会记录在什么时刻作了什么数值修改.在程序执行中改变数值设定2021/7/134*Runtime Changes Signaled5.62E-02 1288 13 7.28E-05/cx 6.97E-06 8.00E+01 1.2E+01 3.1E+01 01:24:325.72E-02 1418 10 7.22E-05/cx 7.10E-06 8.15E+01 1.2E+01 3.4E+01 01:24:34*restart and spatial data available at t=5.73101E-02*5.73E-02 1436 8 1.38E-04/cx 9.02E-06 8.17E+01 1.1E+01 3.5E+01 01:24:34*solver options updated at t=5.73196E-02,cycle=1437*t cycle iter/htc dtstbl/code delt vl epsi cpu clock-5.82E-02 1490 8 2 1.29E-04/cy 2.35E-05 8.29E+01 4.0E+00 3.7E+01Solver messages,hd3msgRuntime Options:诊断2021/7/135数值收敛设定技巧数值收敛设定技巧2021/7/136设设定技巧定技巧l由于高低速切换时，突然加速的流体会让计算量突然大增，数值迭代时间会增加，以下几个方法可以让计算收敛速度加快。l网格控制l流体可压缩性控制2021/7/137网格控制网格控制l网格数量宜少不宜多，尺寸差异不要太大（最大最小网格差异建议5倍，如果model内有用add point做局部加密者，必须特别注意）。2021/7/138流体可流体可压缩性性给定流体可压缩性，可缩短计算时间（但是如果数值设定过大，会造成流体压缩。一般建议数值设定为1.0e-10 1.0e-122021/7/139压力迭代收敛选项FLOW-3D会自动计算收敛的标准.不过如果当你偶而需要较高的收敛标准，可以降低Multiplier for convergence criterion这个参数，例如从 1.0 降到0.1，不过基本上这个数值不应该超过 1.0.Maximum number of iteration failures这个参数可以由默认的25调整增加，以避免迭代失败次数太多，模拟被终止.2021/7/140隐式法热传计算充填:建议使用显式法热传计算，因为时间步长的大小主要受限于流体方程中的对流项.冷却/凝固:建议使用隐式法热传计算，因为通常此时并不考虑流体运动.short print of time step stability limits:x-explicit convective time-step limit=4.24641E-04 at cell(28,6,2)in mesh block 1y-explicit convective time-step limit=4.25369E-04 at cell(29,6,2)in mesh block 1z-explicit convective time-step limit=4.50000E+19 at cell(2,2,1)in mesh block 1viscous time-step limit =5.09761E-01 at cell(96,18,2)in mesh block 1free surface time-step limit=7.80447E-03 at cell(96,17,2)in mesh block 1surface tension time-step limit=3.41531E-03 at cell(22,71,2)in mesh block 1 thermal conduction time-step limit=7.87090E-04 at cell(36,61,2)in mesh block 1wall heat transfer time-step limit=1.45131E-01 at cell(30,33,2)in mesh block 1Solver summary,hd3out2021/7/141气体粒子追踪（Block）2021/7/142Particle设设定定l虽然FLOW-3D内建air entrainment（卷气）模块，但是以颜色判断气体是否能顺利排出，还是有其困难度。l为了简化判断依据，可以利用Particle设定，来判断气体排出的状况。l使用者在模具充填前将模具内全部填满Particle，当金属液进入模穴时，金属液会冲击Particle并且将Particle带走。最后只需要检查Particle汇集的位置，就知道哪边是金属液带有气体最多的区域。l如果Particle聚集在分模面位置，代表气体可顺利排出型腔。2021/7/143Particle聚集聚集从Particle的聚集结果，不但能够判断卷气的位置，还能够判断卷气量的多寡。根据卷气的位置，可以修改流道造型液体进入前液体进入后液体无法带走气体的区域聚集在液体内，无法被带出去的气体粒子2021/7/144PhysicsPhysics设定设定2021/7/145Particle设定步骤设定步骤指定指定Particle数量数量设定设定Particle Block2021/7/146X,Y,Z Low High：里面的X,Y,Z上下限分别填入分析图档的边界大小Number in X,Y,Z：按照长度/数量比例，填入在每一个方向要设定的Particle数量2021/7/147OutputOutput设定设定2021/7/148Tracer（追踪器）（追踪器）流动过程中，由于流场复杂，不容易判断特定区域流体的流动方向。FLOW-3D V10.1提供Tracer的功能，能够让用户在指定位置放置Baffle。开启Tracer功能后，就能够追踪通过Baffle的任意信息（包括流场流向、通过Baffle的particle数量，甚至是通过Baffle的卷气、氧化膜等信息）。2021/7/149流量追踪流量追踪lFLOW-3D可在指定位置放置Baffle,追踪通过Baffle的流量。除了可以确认通过指定位置的流体流向外，还可以用2D显示随着时间通过的流量大小。2021/7/150建立建立Baffle要设定Tracer，必须先在指定的位置建立Baffle。Baffle是平板的意思。在指定的位置设定平板，就可以量测通过该平板的所有流场数据。Baffle是虚拟的平板，不会影响流动数据，但是会记录流动信息。2021/7/151123新增平板后，必须先开启Definne as Flux Surface（设定为虚拟平板）以及Generate Tracer（设定追踪器）。接着就是设定平板的大小以及位置。Definition：设定平板位置Limiters：设定平板大小2021/7/152Baffle的定义的定义XYZ以左图为例，在空间中要定义一块没有厚度的平板。Definition指定Y轴坐标位置Limiter指定X及Z的尺寸(X Low,X High&Z Low,Z High)2021/7/153必须等于一，表必须等于一，表示示 openopen2021/7/154Output设设定定2021/7/155Analysis 输出结果输出结果2021/7/156Tracer from flux surface#仅显示从单一baffle通过的金属流向2021/7/157载入载入particle2021/7/158DISPLAY 显示结果显示结果2021/7/159FLOW-3D功能列表说明2021/7/160Meshing&Geometryl在Meshing&Geometry字段下，有一整排的工具栏可以调整显示方法。以下将针对常用工具进行个别功能进行说明。2021/7/161Tools图输出旋转轴显示所有对象ADMesh选项2021/7/162Tools/Take a snapshot输出图片，可储存成三个格式（bmp,jpeg与png）2021/7/163Tools/Axis rotation左下角的转轮，除了可以针对X,Y,Z三轴旋转外，最常用的功能在于可以直接key in旋转角度。2021/7/164Tools/Show all objectsFLOW-3D V10可任意隐藏单一对象（包含CAD图档与网格图档。隐藏后如果不想一个一个慢慢开启，可以执行Show all objects（Ctrl-A）显示所有的对象。2021/7/165Tools/OptionsTools Options下总共可控制三个显示1.Color：所有的颜色显示，包含了背景、前景、固体颜色等。2.Light/camerasetting：可设定灯光与录像模式的位置（一般而言仅有录像模式可能会使用到）3.3D GraphicFont：调整后处理字体的大小与显示方式2021/7/166 结结束束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！