FloEFD熱仿真分析之求解監(jiān)控

CAE白堤

軟件通過迭代求解非穩(wěn)態(tài) Navier-Stokes 方程得到解。納維-斯托克斯方程（Navier-Stokes equation）描述粘性不可壓縮流體動量守恒的運動方程，簡稱N-S方程。N-S方程反映了粘性流體（又稱真實流體）流動的基本力學(xué)規(guī)律，在流體力學(xué)中有十分重要的意義。它是一個非線性偏微分方程，求解非常困難和復(fù)雜，在求解思路或技術(shù)沒有進一步發(fā)展和突破前只有在某些十分簡單的流動問題上能求得精確解；但在有些情況下，可以簡化方程而得到近似解。例如當(dāng)雷諾數(shù)Re<1時，繞流物體邊界層外，粘性力遠小于慣性力，方程中粘性項可以忽略，N-S方程簡化為理想流動中的歐拉方程；而在邊界層內(nèi)，N-S方程又可簡化為邊界層方程。在計算機問世和迅速發(fā)展以后，N-S方程的數(shù)值求解才有了很大的發(fā)展。

如果分析的是非穩(wěn)態(tài)（隨時間變化的）問題，迭代周期就是時間步長，此步長對于計算域中的任何一處都是相同的。如果分析的是不隨時間變化的問題，即穩(wěn)態(tài)分析，則每步迭代的時間步長在計算域的不同區(qū)域中是不同的，所以迭代與時間步長沒有關(guān)系。

計算控制選項

通過計算控制選項，可以實現(xiàn)指定計算終止的條件、在計算過程中細化計算網(wǎng)格、求解參數(shù)、在計算過程中保存結(jié)果和備份文件。

完成選項卡

使用完成計算選項卡可以指定完成計算的條件，軟件根據(jù)定義的標(biāo)準(zhǔn)去判斷是否完成計算。

結(jié)束條件：

停止標(biāo)準(zhǔn)：可選擇滿足一項或全部滿足。

目標(biāo)收斂：默認選中，則目標(biāo)收斂才結(jié)束計算；不選中，使用軟件內(nèi)部收斂標(biāo)準(zhǔn)完成計算。

物理時間：僅瞬態(tài)分析，選中，達到指定的物理時間就停止。

迭代次數(shù)：選中，達到指定的迭代次數(shù)，計算結(jié)束。

行程：與迭代一起使用，是表示計算過程的單位，是指流動干擾通過計算域流體區(qū)域所需的計算時段。選中，默認自動（取決于分析類型和重置框中指定的結(jié)果精度級別

），達到指定的行程就計算結(jié)束；手動，在數(shù)值欄輸入值。

計算時間：選中，達到指定的最大CPU時間結(jié)束。

目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：

指定所選目標(biāo)的收斂標(biāo)準(zhǔn)。

分析間隔：檢查目標(biāo)收斂標(biāo)準(zhǔn)的時間間隔，當(dāng)從當(dāng)前迭代向后測算的分析間隔上目標(biāo)的變化小于收斂標(biāo)準(zhǔn)時，可認為目標(biāo)收斂。軟件默認為0.5個行程，也可以手動設(shè)置指定的時間間隔。

選擇或取消特定的目標(biāo)復(fù)選框，決定是了該目標(biāo)否影響計算收斂。默認采用自動，也可以改為手動或者指定最大值或最小值。

注：在計算經(jīng)過最小行程數(shù)（1個行程）之前，不會檢查目標(biāo)的收斂標(biāo)準(zhǔn)。

求解選項卡

時間步長設(shè)置：

一般應(yīng)用在瞬態(tài)分析中，利用一些參數(shù)指定物理時間步長。

默認情況下，軟件會根據(jù)流體流動屬性，自動指定求解隨時間變化的流體流動問題的時間步長。若求解小周期的問題可改小時間步，若流體流量不變化或不考慮流體流動，可改大時間步來加快計算。

固體采用穩(wěn)態(tài)時間步計算：選中，固體主體區(qū)域中的時間步長將指定為穩(wěn)態(tài)，求得的解釋穩(wěn)態(tài)解，這樣可以大大提高求解速度。

嵌套迭代：這些迭代將在每個時間步長中合并并重復(fù)，直至實現(xiàn)求解器收斂，或達到嵌套迭代的最大數(shù)量，或滿足每個守恒定律收斂條件。

更多參數(shù)：

平均時間：在求解瞬態(tài)問題時，可以計算指定時間區(qū)間內(nèi)的平均參數(shù)值。若啟用平均參數(shù)的計算，可針對所需的參數(shù)指定時間均值區(qū)間。

計算局部平均時限：選中，則表示從開始進行計算。

計算舒適性參數(shù)：用于預(yù)測處于中等熱環(huán)境下人們的整體熱感覺、不舒適的程度，評估空氣質(zhì)量，適用于HVAC系統(tǒng)的仿真。

加速數(shù)據(jù)處理的結(jié)果：用于管理創(chuàng)建表面圖所需數(shù)據(jù)的保存方法，可以選擇網(wǎng)格、加載結(jié)果或從不。

流動凍結(jié)：

除了流體溫度、固體溫度及流體物質(zhì)濃度，通過流動凍結(jié)來幫助大量熱傳遞或流體物質(zhì)擴散的穩(wěn)態(tài)問題或瞬態(tài)問題的求解。可以選擇周期性或永久，周期性流動凍結(jié)的持續(xù)時間分為凍結(jié)期和無凍結(jié)期，永久就從指定的起始時間矩就開始凍結(jié)，且計算過程網(wǎng)格細化不起作用。

輻射：

如果在向?qū)е羞x擇輻射，則可以指定影響計算時間和準(zhǔn)確性的參數(shù)。

離散傳遞：

角系數(shù)精度級別：控制從表面跟蹤的光線數(shù)，建議在固體導(dǎo)熱率較低時，可適當(dāng)提高級別。

凍結(jié)策略：可指定關(guān)閉或定期關(guān)閉輻射。

太陽光線跟蹤：用于定義太陽輻射的光線跟蹤方向，默認向后，即光線從輻射表面發(fā)出，向前表示光線從輻射源發(fā)出。

離散坐標(biāo)：

凍結(jié)策略：可指定關(guān)閉或定期關(guān)閉輻射。

離散化級別：用于控制離散方向的數(shù)量，若輻射源集中，可提高離散化級別。

蒙特卡羅：

凍結(jié)策略：可指定關(guān)閉或定期關(guān)閉輻射。

射線的最大數(shù)目：定義從給定表面或體積中隨機位置發(fā)出的光子數(shù)。一般從開始計算到結(jié)束射出光子數(shù)為指定值的100%，只有在固體內(nèi)熱交換的穩(wěn)態(tài)問題，0.5行程內(nèi)，紙加載10%，0.9形成后才加100%。另外，最小射出光子數(shù)為1000。

要顯示的已存儲光線：用于保存指定數(shù)量的光線跡線，默認10%。

保存選項卡

備份文件：

用于指定計算過程中保存?zhèn)浞莸姆绞郊皶r間間隔。瞬態(tài)分析時，可定義真實的物理時間。

完整結(jié)果：

可以指定計算過程中用來保存結(jié)果的時間矩。如未定義，一般只保存開始和結(jié)束的結(jié)果。

選定的參數(shù)：

在瞬態(tài)分析中，還可以保存指定參數(shù)的時間矩，以便在瞬態(tài)瀏覽器中使用。瞬態(tài)瀏覽器在15.0以后的版本才有，可以查看動態(tài)的結(jié)果。

運行

網(wǎng)格：可以單獨計算網(wǎng)格，建議初次計算只計算網(wǎng)格，以便通過觀察查看網(wǎng)格結(jié)果，及時調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)格。

求解：分為新建計算或繼續(xù)計算。如果想要使用之前的計算結(jié)果，就選中采用之前的結(jié)果，把此結(jié)果作為初始條件再進行計算。

計算可以使用本計算機，還可以運行位置列表中的網(wǎng)絡(luò)計算機。

如果想要在計算結(jié)束后自動加載結(jié)果，可以選中加載結(jié)果。

批處理運行

用于按規(guī)定的順序求解一組項目。可以包含任何當(dāng)前已打開的項目。

監(jiān)視計算

在計算過程中，可以實時監(jiān)視每一步迭代后的結(jié)果。如有必要，還可以暫停或停止計算（如有必要稍后還可繼續(xù)），手動啟動現(xiàn)有計算網(wǎng)格的細化或更改計算控制選項。

 文章作者：白堤，碩士，有限元設(shè)計圈主編，就職于國內(nèi)某知名企業(yè)，主要從事熱設(shè)計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學(xué)習(xí)者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結(jié)交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。