fluent入門一般問題（三）

奈文摩爾

2020年1月4日 15:11

瀏覽：3721 評論：2 收藏：3

Fluent，并非我原創但是沒找到出處，給大家做個參考。

24 在FLUENT運行計算時，為什么有時候總是出現“reversed flow”？其具體意義是什么？有沒有辦法避免？如果一直這樣顯示，它對最終的計算結果有什么樣的影響？ (#29)
這個問題的意思是出現了回流，這個問題相對于湍流粘性比的警告要寬松一些，有些case可能只在計算的開始階段出現這個警告，隨著迭代的計算，可能會消失，如果計算一段時間之后，警告消失了，那么對計算結果是沒有什么影響的，如果這個警告一直存在，可能需要作以下處理：

1.如果是模擬外部繞流，出現這個警告的原因可能是邊界條件取得距離物體不夠遠，如果邊界條件取的足夠遠，該處可能在計算的過程中的確存在回流現象；對于可壓縮流動，邊界最好取在10倍的物體特征長度之處；對于不可壓縮流動，邊界最好取在4倍的物體特征長度之處。

2.如果出現了這個警告，不論對于外部繞流還是內部流動，可以使用pressure-outlet邊界條件代替outflow邊界條件改善這個問題。

25 燃燒過程中經常遇到一個“頭疼”問題是計算后溫度場沒什么變化？即點火問題，解決計算過程中點火的方法有哪些？什么原因引起點火困難的問題?

26 什么叫問題的初始化？在FLUENT中初始化的方法對計算結果有什么樣的影響？初始化中的“patch”怎么理解？ (12樓)

問題的初始化就是在做計算時，給流場一個初始值，包括壓力、速度、溫度和湍流系數等。理論上，給的初始場對最終結果不會產生影響，因為隨著跌倒步數的增加，計算得到的流場會向真實的流場無限逼近，但是，由于Fluent等計算軟件存在像離散格式精度（會產生離散誤差）和截斷誤差等問題的限制，如果初始場給的過于偏離實際物理場，就會出現計算很難收斂，甚至是剛開始計算就發散的問題。因此，在初始化時，初值還是應該給的盡量符合實際物理現象。這就要求我們對要計算的物理場，有一個比較清楚的理解。

初始化中的patch就是對初始化的一種補充，比如當遇到多相流問題時，需要對各相的參數進行更細的限制，以最大限度接近現實物理場。這些就可以通過patch來實現，patch可以對流場分區進行初始化，還可以通過編寫簡單的函數來對特定區域初始化。

以上是我對這個問題的理解，歡迎大家批評指正。

27 什么叫PDF方法？FLUENT中模擬煤粉燃燒的方法有哪些？
概率密度函數輸運輸運方程方法(PDF方法)是近年來逐步建立起來的描述湍流兩相流動的新模型方法。所謂的概率密度函數(Probability Density Function,簡稱PDF)方法是基于湍流場隨機性和概率統計描述，將流場的速度、溫度和組分濃度等特征量作為隨機變量，研究其概率密度函數在相空間的傳遞行為的研究方法。PDF模型介于統觀模擬和細觀模擬之間，是從隨機運動的分子動力論和兩相湍流的基本守恒定律出發，探討兩相湍流的規律，因此可作為發展雙流體模型框架內兩相湍流模型的理論基礎。它實質上是溝通E-L模型和E-E模型的橋梁，可以用顆粒運動的拉氏分析通過統計理論，即PDF方程的積分建立封閉的E-E兩相湍流模型。

非預混湍流燃燒過程的正確模擬要求同時模擬混合和化學反應過程。FLUENT 提供了四種反應模擬方法：即有限率反應法、混合分數PDF 法、不平衡（火焰微元）法和預混燃燒法。火焰微元法是混合分數PDF 方法的一種特例。該方法是基于不平衡反應的，混合分數PDF 法不能模擬的不平衡現象如火焰的懸舉和熄滅，NOx 的形成等都可用該方法模擬。但由于該方法還未完善，在FLUENT 只能適用于絕熱模型。

對許多燃燒系統，輻射式主要的能量傳輸方式，因此在模擬燃燒系統時，對輻射能量的傳輸的模擬也是非常重要的。在FLUENT 中，對于模擬該過程的模型也是非常全面的。包括DTRM、P-1、Rosseland、DO 輻射模型，還有用WSGG 模型來模擬吸收系數。

在查資料時看到的，可能回答不詳細！

28 在利用prePDF計算時出現不穩定性如何解決？即平衡計算失敗。

29 在prePDF運行時，報告中會出現提示信息和錯誤有哪些？并分析錯誤的原因，提出解決的方法？

30 FLUENT運行過程中，出現殘差曲線震蕩是怎么回事？如何解決殘差震蕩的問題？殘差震蕩對計算收斂性和計算結果有什么影響？ (#30)

這個問題我也一直在想，看到simwe上有人這么回答的：（順便把相類似的問題的解答也放在一起，方便大家一起解決這類的問題。）

一. 殘差波動的主要原因：1、高精度格式；-2、網格太粗；3、網格質量差；4、流場本身邊界復雜，流動復雜；5、模型的不恰當使用。

二. 問：在進行穩態計算時候，開始殘差線是一直下降的，可是到后來各種殘差線都顯示為波形波動，是不是不收斂阿？
答：有些復雜或流動環境惡劣情形下確實很難收斂。計算的精度（2 階），網格太疏，網格質量太差，等都會使殘差波動。經常遇到，一開始下降，然后出現波動，可以降低松弛系數，我的問題就能收斂，但如果網格質量不好，是很難的。通常，計算非結構網格，如果問題比較復雜，會出現這種情況，建議作網格時多下些功夫。理論上說，殘差的震蕩是數值迭代在計算域內傳遞遭遇障礙物反射形成周期震蕩導致的結果，與網格亞尺度雷諾數有關。例如，通常壓力邊界是主要的反射源，換成OUTFLOW 邊界會好些。這主要根據經驗判斷。所以我說網格和邊界條件是主要因素。

三. 1、網格問題：比如流場內部存在尖點等突變，導致網格在局部質量存在問題，影響收斂。
2、可以調整一下courant number，courant number實際上是指時間步長和空間步長的相對關系，系統自動減小courant數，這種情況一般出現在存在尖銳外形的計算域，當局部的流速過大或者壓差過大時出錯，把局部的網格加密再試一下。
在fluent中，用courant number來調節計算的穩定性與收斂性。一般來說，隨著courant number的從小到大的變化，收斂速度逐漸加快，但是穩定性逐漸降低。所以具體的問題，在計算的過程中，最好是把courant number從小開始設置，看看迭代殘差的收斂情況，如果收斂速度較慢而且比較穩定的話，可以適當的增加courant number的大小，根據自己具體的問題，找出一個比較合適的courant number，讓收斂速度能夠足夠的快，而且能夠保持它的穩定性。

四. 另外，Fluent官方論壇上有一個管理員這么解釋的：http://university.fluent.com/forum/viewtopic.php?t=1887&sid=5228995e41f4763b95368f660d1a671b

1. Residual pattern in an unsteady simulation will be oscillatory. At each time-step, Fluent will try to converge residual values below the default limits set in the Residual Monitors panel.

2. In a steady simulation, ideally the residuals should not oscillate.
Oscillating residuals may be due to wrong case setup. Following comments should help in reducing convergence trouble.

a. Make sure that grid is of good quality. Please refer the section 6.2.2 of Fluent 6.3 Users Guide for more details on the grid quality. http://www.fluentusers.com/fluent/doc/ori/html/ug/node155.htm

b. Recheck all the boundary condition.
c. If you are using turbulence model, please check the turbulence parameters on all inlet / outlet boundaries. Please refer to the following white paper for more details regarding the different turbulent boundary conditions:
http://www.fluent.com/software/university/whitepapers/turbulent.pdf

d. Try with better initial guess.

3. The detail about Grid Adaption is available in Chapter 26 of Fluent Users Guide:
http://www.fluentusers.com/fluent6326/doc/ori/html/ug/node1071.htm

本人覺得可以重點參考第四個回答。另外，如果出現連續方程殘差很高收斂慢的情況，首先應該檢查的是網格質量；由于現在大量使用分塊網格，這時要看看兩相鄰塊處的網格大小是不是相差較大，也就是看看有沒有出現cell jump的情況，相鄰網格的大小最好不要超過2倍的關系，這時出現高連續方程殘差的一個主要原因，這需要在劃分網格時做好規劃。

31 數值模擬過程中，什么情況下出現偽擴散的情況？以及對于偽擴散在數值模擬過程中如何避免？（#31）
假擴散（false diffusion）的含義：

基本含義：由于對流—擴散方程中一階導數項的離散格式的截斷誤差小于二階而引起較大數值計算誤差的現象。有的文獻中將人工粘性（artificial viscosity）或數值粘性（numerical viscosity）視為它的同義詞。

拓寬含義：現在通常把以下三種原因引起的數值計算誤差都歸在假擴散的名稱下

1.非穩態項或對流項采用一階截差的格式;

2.流動方向與網格線呈傾斜交叉(多維問題);

3.建立差分格式時沒有考慮到非常數的源項的影響。

克服或減輕假擴散的格式或方法，

為克服或減輕數值計算中的假擴散(包括流向擴散及交叉擴散)誤差，應當：

1. 采用截差階數較高的格式；

2. 減輕流線與網格線之間的傾斜交叉現象或在構造格式時考慮到來流方向的影響。

3. 至于非常數源項的問題，目前文獻中，還沒有為克服這種影響而專門構造的格式，但是高階格式顯然對減輕其影響是有利的。

32 FLUENT輪廓（contour）顯示過程中，有時候標準輪廓線顯示通常不能精確地顯示其細節，特別是對于封閉的3D物體（如柱體），其原因是什么？如何解決？（#51）
FLUENT等高線（contour）顯示過程中，可以通過調節顯示的水平等級來調節其顯示細節，Levels...最大值允許設置為100.對于封閉的3D物體，可以通過建立Surface，監視Surface上的量來顯示計算結果。或者計算之后將結果導入到Tecplot中，作切片圖顯示。
33 如果采用非穩態計算完畢后，如何才能更形象地顯示出動態的效果圖？（#52）
對于非定常計算，可以通過創建動畫來形象地顯示出動態的效果圖。

Solve->Animate->Define...，具體操作請參考Fluent用戶手冊。

34 在FLUENT的學習過程中，通常會涉及幾個壓力的概念，比如壓力是相對值還是絕對值？參考壓力有何作用？如何設置和利用它？（#32）
GAUGE PRESSURE 就是靜壓。
GAUGE total PRESSURE 是總壓。
這里需要強調一下 Gauge為名義值，
什么意思呢？如果， INITIAL Gauge PRESSURE ＝0
那么 GAUGE PRESSURE 就是實際的靜壓Pinf。
GAUGE total PRESSURE 是實際的總壓Pt。
如果INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零
GAUGE PRESSURE ＝ Pinf - INITIAL Gauge PRESSURE
GAUGE total PRESSURE ＝ Pt - INITIAL Gauge PRESSURE

35 在FLUENT結果的后處理過程中，如何將美觀漂亮的定性分析的效果圖和定量分析示意圖插入到論文中來說明問題？（#53）

有三種方法來得到用于插入到論文的圖片：

1.在Fluent中顯示你想得到的效果圖的窗口，可以直接在任務欄中右鍵該窗口將其復制到剪貼板，保存；或者打印到文件，保存。

2.在Fluent中，在你想要保存相關窗口的效果圖時，首先激活效果圖監視窗口，就是用鼠標左鍵監視窗口，然后在Fluent中操作，Fluent->File->Hardcopy...，選擇好你想要的圖片格式，然后就可以保存了。

3.將計算結果或者相關數據導入到Tecplot中，然后作出你想要的效果圖，這種方法得出的圖片，個人感覺比Fluent得到的圖片美觀簡潔大方。

36 在DPM模型中，粒子軌跡能表示粒子在計算域內的行程，如何顯示單一粒徑粒子的軌道（如20微米的粒子）？ (#159)
首先選擇DMP模型，在set injection properties 面板中，選擇injection type的類型為single,

然后設置初始條件，如位置（x,y,z),速度，直徑（如20微米的粒子），溫度，質量流率等！

設定完成后，你就可以行迭代了。等氣相和離散相收斂以后，你就可以追蹤粒子軌跡。在display中打開particle tracks面板進行操作！

個人在做兩相流時的方法，希望批評指正！

答：先按粒徑大小顯示顆粒軌跡，在后處理圖上可以看到不同粒徑顆粒的不同軌跡；記住需要單獨顯示的顆粒軌跡的標號，再次顯示顆粒軌跡時選擇顯示單一粒徑的軌跡，比如：選擇標號為5的顆粒軌跡（假設標號為5的粒徑即為20微米的粒）。

37 在FLUENT定義速度入口時，速度入口的適用范圍是什么？湍流參數的定義方法有哪些？各自有什么不同？（#57）

速度入口的邊界條件適用于不可壓流動，需要給定進口速度以及需要計算的所有標量值。速度入口邊界條件不適合可壓縮流動，否則入口邊界條件會使入口處的總溫或總壓有一定的波動。

關于湍流參數的定義方法，根據所選擇的湍流模型的不同有不同的湍流參數組合，具體可以參考Fluent用戶手冊的相關章節，也可以參考王福軍的書《計算流體動力學分析—CFD軟件原理與應用》的第214-216頁，也可以參考本版的帖子：http://www.efluid.com.cn/dvbbs/dispbbs.asp?boardID=61&ID=997&page=1

38 在計算完成后，如何顯示某一斷面上的溫度值？如何得到速度矢量圖？如何得到流線？（#95）
這些都可以用tecplot來處理將fluent計算的date和case文件倒入到tecplot中斷面可以做切片

速度矢量圖流線圖直接就可以選擇相應選項來查看

39 分離式求解器和耦合式求解器的適用場合是什么？分析兩種求解器在計算效率與精度方面的區別。（#58）

分離式求解器以前主要用于不可壓縮流動和微可壓流動，而耦合式求解器用于高速可壓流動。現在，兩種求解器都適用于從不可壓到高速可壓的很大范圍的流動，但總的來講，當計算高速可壓流動時，耦合式求解器比分離式求解器更有優勢。

Fluent默認使用分離式求解器，但是，對于高速可壓流動，由強體積力(如浮力或者旋轉力)導致的強耦合流動，或者在非常精細的網格上求解的流動，需要考慮耦合式求解器。耦合式求解器耦合了流動和能量方程，常常很快便可以收斂。耦合式求解器所需要的內存約是分離式求解器的1.5到2倍，選擇時可以根據這一情況來權衡利弊。在需要耦合隱式的時候，如果計算機內存不夠，就可以采用分離式或耦合顯式。耦合顯式雖然也耦合了流動和能量方程，但是它還是比耦合隱式需要的內存少，當然它的收斂性也相應差一些。

需要注意的是，在分離式求解器中提供的幾個物理模型，在耦合式求解器中是沒有的。這些物理模型包括：流體體積模型(VOF)，多項混合模型，歐拉混合模型，PDF燃燒模型，預混合燃燒模型，部分預混合燃燒模型，煙灰和NOx模型，Rosseland輻射模型，熔化和凝固等相變模型，指定質量流量的周期流動模型，周期性熱傳導模型和殼傳導模型等。

而下列物理模型只在耦合式求解器中有效，在分離式求解器中無效：理想氣體模型，用戶定義的理想氣體模型，NIST理想氣體模型，非反射邊界條件和用于層流火焰的化學模型。

fluent入門一般問題（三）的圖1