CFD++基本培训

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Introduction to CFD+,Best Practices,概 述,2,内存需求、精度需求,低速流淌及预处理,计算域的初始化,化学反响,湍流模型,远场边界条件,高速流及数值格式,计算内存要求,3,典型7方程两方程湍流模型无zonal边界的工况下，每1G内存所能处理的单元数：,单元类型,精 度,单精度,双精度,六面体,375,000,220,000,四面体,500,000,290,000,棱柱,425,000,250,000,单、双精度,4,对大尺寸比单元如2023，如solve-to-wall网格，建议使用双精度；,高海拔、淡薄气体时可能需要双精度；,使用双精度可能在一些驻点求解上改善残差的收敛。,计算域的选择,5,分别求解亚音速和超音速流淌时请不要使用一样的网格；,对亚音速流淌，建议取远场边界为模型长度的20-40倍长；,对超音速流淌，可让模型距来流方向更近一些。,a低速流计算域,b高速流计算域,低速流及预处理,6,Ma0.3时，使用可压缩抱负气体方程；,Ma0.3时，使用预处理可压缩抱负气体方程；,不行压方程通常要使用预处理。,何时使用预处理？,预处理的一些特殊情形,7,假设计算域内绝大局部是低速但是由高速流驱动产生，则不需要进展预处理；,即使是超音速流淌，假设局部有低速区，如产生了较大分别，那么也需要进展预处理；,低速流淌,8,低速可压流淌模拟中，使用Fluid Properties中的基准压力如1 atm；,使用预处理方程时，应当在Riemann Solvers中给出Approximate System Velocity的估值；,全部的瞬态声学模拟应使用Riemann Solvers中的CFL-based preconditioning limiting。,计算域的初始化,9,整个计算域的初始化：P、T、u或P、r、u,利用cell groups初始化：针对如喷嘴等不简洁放入一个box内的几何模型时比较有用，另外也可处理多孔介质。,使用XYZ boxes完成初始化,10,利用长方体或圆柱划定区域分别初始化，用于处理高速流的尾迹区。,化学反响,11,设定组分时，将质量百分比较大的作为最终的或隐蔽的组分；或者惰性气体组分也行通常为N2；,反响常数的单位必需是是kmol/J/m系统；,反响要在SI单位制下完成。,湍流模型,12,对跨音速流，建议使用Rt模型、realizable k-eps模型、S-A模型或Menter SST模型；,对超群流，使用Rt模型或realizable k-eps模型需考虑传热；,对外部绕流，即模型距进口边界较远使用k-eps-Rt模型或realizable k-eps模型时应选择Turbulence Control中的“Freestream k and eps Production Term Controls”；,对自由剪切流，应选用q-L、cubic k-eps或者RSTM模型；,对瞬态流淌，应选用cubic k-eps或LNS模型；,对驻点流，建议使用k-L模型；,其他流淌类型，选择realizable k-eps模型。,湍流初始化及进口边界,13,用户应尽可能将试验数据应用到初始/自由来流条件中，包括湍动能和湍流尺度的数据；,假设没有湍流的具体数据，我们建议：,内流：,设定湍流强度在,1%,到,3%,之间，湍流尺度为进口面积的平方根。,设定湍流强度在0.1%到1%之间，及湍流尺度，通常比内流大很多，大约在m的量级；,对不允许自由流湍流衰减的模型如Rt、SA、k-e-Rt，用户不需要指定湍流尺度，而是湍流分子粘性比T/，应当小于1，约为0.2；,使用undamped涡粘比的模型uT/Rt、k-e-Rt、k-e、q-L、k-L、RSTM，用户应设置3uT/5；,外流：,选定,y+,后，,Turbulence Initialization Tool,会给出第一层网格的估值。,近壁网格的处理,14,选用完可能小的增长率，以便得到较为合理的第一层网格信息；,以以下图为添加抱负壁面函数的solve-to-wall网格y+20,的网格,非平衡模式：应用于,y+500，设置damping function为1。,湍流：源项把握,16,之前通过source term inactive regions来实现groups或cells；,现在使用“Freestream k and eps Production Term Controls”；,都是用来避开从进口到几何模型之间的湍流耗散；,Rt、S-A、k-eps-Rt不需要这样的处理。,远场边界条件,17,对于超音速自由来流，使用Characteristics-Based边界或All Conditions Prescribed边界；,对于环境远场，进口速度使用Pressure/Temperature；,亚音速时，假设边界离得较近，可尝试Physics Source Terms菜单下的Far-field Absorbing Layers。,高速流淌,18,流淌带有较大分别时，建议利用boxes进展初始化，以避开过早的ACAP；,激活Spatial Discretization中的1st to 2nd order blending。,高速流下的Pressure Switches,19,首先选中Time Integration中的“Help Set Numerics”；,对于有梯度猛烈变化的问题时，选择minimum dissipation中的“LHS and RHS”选项，如较强的激涉及膨胀波。,高速流下的Pressure Switches,20,默认状况下，Pressure Switches处于非激活状态，在Riemann Solver中选择激活；,对某些超音速流Ma数在3到5之间，可以激活hypersonic switch，然后返回到supersonic switch。,对特殊简洁的情形，可以尝试pressure gradient detection中的aggressive。,带有壁面冷却的高速流,21,对恒温壁面，使用Wall Temperature Relaxation BC modifier使得模拟由绝热开头，避开过早的ACAP。该选项仅在带有壁面冷却的高Ma数流淌时使用。,高海拔及淡薄气体流淌,22,对海拔很高、压力变化很大的淡薄气体流淌，在Time integration中选择Relaxation要比Multigrid好；,带有分别尾流的淡薄气体流淌，压力临界值较低时p=1e-3 Pa，可将ACAP设置为1st order。,Pressure Ramping Modifier,23,对某些基于压力的边界背压或驻点压力/温度，计算域中压力变化较大时，Pressure Ramping边界条件可以降低初始的瞬变。,Time-step Spatial Smoothing,24,网格中相邻单元的大小相差太大，会导致非物理的结果；,网格中相邻单元大小变化猛烈时，激活2nd Time Integration中的Time-step Spatial Smoothing选项，用来平滑该区域内时间步长的变化。,Help Set Numerics,25,认真阅读相关的设置提示；,2nd Time Integration中的“Help Set Numerics”可用来优化参数的设置。,收敛困难,26,CFD+,在稳态求解过程中，残差一般会下降,4-5,个量级。如收敛困难，建议如下：,对低速气体流淌，确保选择了经过预处理的方程类型；,对低速内流，需激活Riemann solver菜单中的pressure acceleration；,对不行压内流，需激活Time-Integration菜单中的mass-balance acceleration;,对于湍流，请检查turbulence levels；对内流，确保内流边界的湍流至层流eddy viscosity ratio是合理的；,将网格的y+值作为输出项进展监测，对5y+15的区域，建议变更为non-equilibrium wall function；,查看time smoothing选项是否翻开，有些状况下，将smoothing factor由默认的0.75更改为0.5会有利于收敛；,假设正在使用minmod polynomial limiter，可尝试改为continous limiter上述选项在spatial discretization菜单中，应当留意continuous limiter比minmod limiter的耗散略大一些。,高速流淌中的ACAP,27,Initialization 对Ma数大于3的流淌初始化时，建议使用“Initialization by Boxes”。用户可以使用该选项创立速度为零的区域。,Discretization blending 用户可应用该选项使计算从一阶开头，缓慢调和至二阶精度。“Help Set Numerics”选项可激活该选项。,Pressure Switches 流淌中伴有激波、膨胀波时建议使用该选项。可在Numerics/Riemann Solver菜单中设置，前提是LHS/RHS dissipation选项要在之前激活。,CFL ramping 在特殊高速的的情形下，用户需手工设定Courant numberCFL。,Multigrid 对一些极端的淡薄气体流淌