STAR CCM+中包括兩種流動求解器：

• Segregated Flow Solver（分離求解器）
• Coupled Flow Solver（耦合求解器）

關(guān)于分離和耦合流動求解器：

• 一般情況下，分離求解器比耦合求解器消耗的內(nèi)存更少。
• 在可壓縮流動中，特別是在有激波存在的情況下，耦合求解器能夠得到更穩(wěn)健和更精確的結(jié)果。
• 對高瑞利數(shù)自然對流，耦合求解器穩(wěn)定性要比分離求解器更好。
• 耦合求解器求解給定流動問題所需的迭代次數(shù)與網(wǎng)格尺寸無關(guān)，而分離求解器所需的迭代次數(shù)隨著網(wǎng)格尺寸的增加而增加。
• 在某些情況下，耦合求解器可以與隱式求解器相結(jié)合，以允許較大的CFL數(shù)。這種情況類似于在分離算法中將所有變量的欠松弛因子指定為1。相比之下，分離求解器需要對速度和壓力以及可壓縮流中的能量進行顯著的欠松弛。

1 分離流動求解器

分離流求解器以順序方式求解質(zhì)量守恒方程和動量守恒方程。對求解變量U、V、W、P依次迭代求解非線性控制方程。分離求解器采用壓力-速度耦合算法，通過求解場修正方程來滿足速度壓力的質(zhì)量守恒約束。由連續(xù)性方程和動量方程構(gòu)造壓力校正方程，通過對壓力進行校正，求出滿足連續(xù)性方程的速度場。這種方法也稱為預(yù)測-校正方法。壓力作為一個變量由壓力校正方程得到。

STAR-CCM+提供了兩種壓力-速度耦合算法：

• SIMPLE
• PISO

PISO與SIMPLE算法的比較：

• 兩種算法具有相同的時間精度，但在時間步長較小的情況下，PISO比SIMPLE更快
• 在大時間步長問題中，組合CFL可能上升到遠高于10，此時PISO算法變得不穩(wěn)定，而SIMPLE依然能夠保持穩(wěn)定。
• 隨著時間步長的增大，SIMPLE算法的瞬態(tài)求解會失去時間精度，但SIMPLE 仍可以通過使用較大的時間步長，獲得精確的穩(wěn)態(tài)解（如果存在）。

PISO算法適用于對流Courant數(shù)較小的瞬態(tài)問題。因此，對于可以使用大時間步長的問題中（例如獲取穩(wěn)態(tài)解），可以使用SIMPLE算法；但是對于需要使用小時間步長和更高時間精度的問題，使用PISO算法。

分離求解器源于恒密度流。雖然它可以處理輕微的可壓縮流動和低瑞利數(shù)的自然對流，但不適合于激波捕捉、高馬赫數(shù)和高瑞利數(shù)的應(yīng)用。

2 耦合流動求解器

在耦合流動求解器下，連續(xù)守恒方程和動量守恒方程以耦合的方式求解，即它們作為方程的向量同時求解。由動量方程得到速度場。由連續(xù)性方程計算壓力，由狀態(tài)方程計算密度。

耦合模型采用（偽）時間推進法求解耦合方程組。該方法的一個優(yōu)點是其對求解具有主導(dǎo)源項（如旋轉(zhuǎn)）的流動時而非常穩(wěn)定。耦合求解器的另一個優(yōu)勢為CPU時間尺度與網(wǎng)格數(shù)量成線性比例，換句話說，收斂速度不會因為網(wǎng)格加密而急劇降低。

該模型還可以用可選的AUSM+格式來計算無粘通量，這可為各種情況提供優(yōu)勢。

耦合能量模型是耦合流動模型的擴展，這兩個模型結(jié)合使用可以同時求解質(zhì)量、動量和能量守恒方程。該模型在求解可壓縮流動及具有主導(dǎo)源項（如浮力等）的流動非常穩(wěn)定。

由于耦合流動和耦合能量模型所使用的控制方程的預(yù)條件形式，因此從不可壓縮流動到超音速流動，收斂速率與馬赫數(shù)無關(guān)。

（完）