瞬態(tài)，fluent，收斂
關(guān)注創(chuàng)建者：Murasame 創(chuàng)建時(shí)間：2019-03-11
瞬態(tài)，fluent，收斂的視頻教程
fluent 離心風(fēng)機(jī)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)仿真分析及動(dòng)畫制作
1、講述了離心風(fēng)機(jī)流體域提取方法及旋轉(zhuǎn)域畫法注意事項(xiàng)； 2、講述了基于ICEM CFD軟件離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格劃分方法； 3、講述了離心風(fēng)機(jī)穩(wěn)態(tài)MRF模型參數(shù)含義及設(shè)置方法； 4、講述了離心風(fēng)機(jī)瞬態(tài)模型參數(shù)含義及設(shè)置方法； 5、講述了基于fluent的離心風(fēng)機(jī)后處理云圖、矢量圖、流線圖等生成方法； 6、講述了動(dòng)畫的設(shè)置方法及保存、查看；
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基于FLUENT的西科斯基S97共軸直升機(jī)旋翼啟動(dòng)過程瞬態(tài)氣動(dòng)仿真
課程介紹： 本案例采用fluent的滑移網(wǎng)格模擬共軸直升機(jī)在旋翼啟動(dòng)過程中的流場(chǎng)情況，模擬旋翼從停止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)的氣動(dòng)情況。需要注意的是這個(gè)課程介紹的是旋翼的啟動(dòng)過程，沒有涉及直升機(jī)旋翼的變距仿真。 本次算例：S97共軸直升機(jī)的上下兩個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)向相反，且雙旋翼在5秒內(nèi)從0RPM以一定規(guī)律增加120RPM并穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，查看旋翼啟動(dòng)過程的氣動(dòng)特性；
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瞬態(tài)，fluent，收斂的實(shí)例教程
偽瞬態(tài)作用</strong></p><p> </p><p><br></p><p>為什么要使用偽瞬態(tài)的算法？偽瞬態(tài)的作用實(shí)際上是增加收斂性的，當(dāng)你的穩(wěn)態(tài)計(jì)算收斂性不好時(shí)，可以將穩(wěn)態(tài)計(jì)算更改為偽瞬態(tài)計(jì)算，收斂性會(huì)增強(qiáng)。</p><p><br></p><p>當(dāng)然還可以通過前面所說的降低松弛因子的方式來(lái)增強(qiáng)收斂性。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicQWyfWYsh1PFR1SIK7PZ1OCzyr0lAiby5CoIPzA1zY6JXOj2wgdTiapmQxV27Tkp5ARfACCfSDeFIw/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p>但是，偽瞬態(tài)并不是真正的瞬態(tài)，它雖然會(huì)出現(xiàn)時(shí)間步長(zhǎng)這種概念，但是在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)并不收斂，而只是最終的計(jì)算結(jié)果收斂，因此當(dāng)計(jì)算只考慮穩(wěn)態(tài)結(jié)果時(shí)可以使用偽瞬態(tài)算法，而如果考慮某時(shí)刻的結(jié)果，則必須使用瞬態(tài)算法。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicQWyfWYsh1PFR1SIK7PZ1OT8uDAu5DSBfPSFVsSzuPY7mznSNZWCicSR3I6GGd5qE1XN7Wiaw5a3CA/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p><br></p><p><strong>1. 使用條件</strong></p><p> </p><p>對(duì)于穩(wěn)態(tài)計(jì)算，當(dāng)使用基于壓力的耦合求解器coupled或基于密度的隱式求解器Implicit時(shí)，可以選擇偽瞬態(tài)的方式求解計(jì)算。
展開 這可能會(huì)嚴(yán)重影響收斂，具體取決于問題的性質(zhì)。如果模型是用“分離”方法求解的，請(qǐng)嘗試使用“全耦合”方法，反之亦然。在通過“全耦合”方法求解模型時(shí)，可能需要使用“直接”線性方程組求解器。
處理非收斂模型
如果瞬態(tài)求解器無(wú)法收斂，它要么在初始條件下立即求解失敗，要么在整個(gè)仿真過程的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)失敗。
如果是在仿真過程中的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)失敗，可以使用上述所有技巧來(lái)提高收斂性。此外，輸出求解器得到的結(jié)果，參考文章：控制瞬態(tài)求解器的時(shí)間步長(zhǎng)中所述。繪制求解器失敗時(shí)的時(shí)步的解以及該時(shí)步的前一時(shí)步的解，并觀察這些解。如果網(wǎng)格不夠細(xì)化或者存在一些正在傳播的累積誤差，則繪制結(jié)果會(huì)特別突出顯示。
如果求解器立即求解失敗，首先需要仔細(xì)檢查每個(gè)物理場(chǎng)接口中指定的初始條件，以及模型中各物理場(chǎng)的所有邊界條件、載荷和約束。如果這些因素不一致，可能會(huì)導(dǎo)致求解器失效。默認(rèn)情況下，求解器將試圖通過找到與所有邊界條件都一致的初始條件來(lái)更正這一問題，但這可能與預(yù)期有很大的不同。這種情況在涉及流動(dòng)的模型中尤其常見，參考文章：求解初始值不一致的瞬態(tài)模型中所述。
如果此操作符合您的實(shí)際情況，還建議您嘗試建立一個(gè)等效或幾乎等效的穩(wěn)態(tài)（時(shí)不變）模型，此模型可以作為一個(gè)很好的測(cè)試平臺(tái)，用于研究網(wǎng)格細(xì)化和縮放，以及比較分離方法與全耦合方法。有關(guān)處理非線性穩(wěn)態(tài)模型的信息，請(qǐng)參考文章：提高非線性穩(wěn)態(tài)模型的收斂性的 7 種有效方法。
本文內(nèi)容來(lái)自 COMSOL 知識(shí)庫(kù)
展開 3.三種判斷收斂的方法：（1）殘差達(dá)到一個(gè)可以接受的程度：默認(rèn)出了能量是10^-6以外，其余的全是10^-3。
（2）求解值不再隨迭代發(fā)生改變：有時(shí)候，殘差還在下降，但是某些監(jiān)視的流動(dòng)變量不再發(fā)生變化即可。
（3）系統(tǒng)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量達(dá)到平衡：利用flux report實(shí)現(xiàn)，要求凈不平衡量小于0.2%。
4.創(chuàng)建一對(duì)周期性邊界的的方法：（1）在命令框中按回車，得到命令提示符>
（2）輸入mesh/modify-zones/make-periodic,再根據(jù)提示選擇相應(yīng)的面。
5.outflow邊界條件不需要給定任何入口的物理?xiàng)l件，但是應(yīng)用也會(huì)有限制，大致為以下四點(diǎn)：
1.只能用于不可壓縮流動(dòng)
2.出口處流動(dòng)充分發(fā)展
3.不能與任何壓力邊界條件搭配使用（壓力入口、壓力出口）
4.不能用于計(jì)算流量分配問題（比如有多個(gè)出口的問題）
6.在壓力出口中，會(huì)要求輸入相應(yīng)的backflow turbulent intensity等值，這些值只有在迭代時(shí)產(chǎn)生返流的時(shí)候才會(huì)使用，
通常設(shè)置成一個(gè)合理的值。算例14中，設(shè)置為intensity 10%，diameter hydraulic按實(shí)際模型數(shù)值。
7.后處理的時(shí)候，顯示速度矢量圖的時(shí)候，箭頭的長(zhǎng)度可以不按速度的大小給出，而僅由箭頭的顏色決定，具體的操作:
Vector options.勾選Fixed Length
8.波爾茲曼數(shù)能表征傳熱中對(duì)流傳熱和輻射傳熱所占的比例，具體的表達(dá)式在第14個(gè)例子的最后。
展開 本案例利用Fluent中的滑移網(wǎng)格模型（RBM)，對(duì)螺旋槳敞水水動(dòng)力性能問題進(jìn)行了瞬態(tài)仿真計(jì)算。該案例僅對(duì)4119槳的瞬態(tài)計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)單演示，其余的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的仿真設(shè)置與本案例基本一致，可按照該案例進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。
本文僅計(jì)算了進(jìn)速系數(shù)為0.4的工況，計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)較為接近。
與Fluent MRF 旋轉(zhuǎn)機(jī)械（一）的結(jié)果相比，瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值更為接近。
1 workbench 設(shè)置
1.1 選擇流體流動(dòng)（帶有Fluent 網(wǎng)格劃分功能的Fluent）和流體流動(dòng)（Fluent）
由于用的版本較老，因此無(wú)法通過一個(gè)fluent建立interface，此處為了利用fluent meshing劃分網(wǎng)格，采用了三個(gè)fluent模塊。分別進(jìn)行外部流場(chǎng)網(wǎng)格劃分、內(nèi)部流場(chǎng)網(wǎng)格劃分和流場(chǎng)計(jì)算。
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
左邊為入口，右邊為出口。
下圖為外部流場(chǎng)幾何圖。
下圖為內(nèi)部流場(chǎng)幾何圖。
3 FLUENT MESHING設(shè)置
采用了Fluent meshing進(jìn)行前處理，采用多面體的方法對(duì)體網(wǎng)格進(jìn)行劃分。由于穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果比較可信，此處選擇了相同的劃分的方式與尺寸。
4 FLUENT 設(shè)置
4.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先將保存的外部流場(chǎng)網(wǎng)格導(dǎo)入。然后通過附加case文件的方式，將內(nèi)部流場(chǎng)網(wǎng)格導(dǎo)入。
由于是瞬態(tài)求解問題，此處設(shè)置為瞬態(tài)態(tài)計(jì)算模式。
4.2 滑移條件設(shè)置
其他的條件設(shè)置與Fluent MRF 旋轉(zhuǎn)機(jī)械（一）一致，因此相同的設(shè)置不再闡述，僅有內(nèi)部流場(chǎng)網(wǎng)格部分不一致。因此對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)網(wǎng)格進(jìn)行了重新設(shè)置。
4.3 計(jì)算設(shè)置
進(jìn)行初始化，以0.0001s的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。
開啟阻力監(jiān)測(cè)，本案例阻力尚未達(dá)到穩(wěn)定，但已經(jīng)超過274N。推力仿真表現(xiàn)已優(yōu)于MRF的計(jì)算結(jié)果。
展開 使用 Ansys Fluent 執(zhí)行船體在逆海波浪中移動(dòng)的升沉和縱搖仿真示例。流體體積或 VOF 模型用于求解此明渠流動(dòng)示例。在此示例中，使用明渠波浪邊界條件生成淺層波浪，而使用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格對(duì) wigley 船體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模。使用用戶定義函數(shù) (UDF) 將運(yùn)動(dòng)限制為 4 個(gè)自由度 (DOF)。為了避免出口處的數(shù)值反射（非物理結(jié)果/波浪反射），使用了數(shù)值海灘選項(xiàng)。 Fluent 案例文件供下載。
交付文件（2）
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瞬態(tài)，fluent，收斂的最新內(nèi)容
Fluent實(shí)用案例 | DEM顆粒瞬態(tài)仿真8個(gè)月前
本案例利用Fluent中的DEM模型，對(duì)管道運(yùn)輸進(jìn)行流體仿真，主要是對(duì)管路顆粒運(yùn)輸過程進(jìn)行診斷，防止出現(xiàn)顆粒陷入死循環(huán)，導(dǎo)入管路阻塞和浪費(fèi)。因此進(jìn)行相關(guān)的管路氣力運(yùn)輸可以按照本文的相關(guān)設(shè)置進(jìn)行仿真計(jì)算。
1 workbench 設(shè)置
本案例具體設(shè)置如下圖 ：
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
本案例的管道模型十分簡(jiǎn)單，為幾段簡(jiǎn)易管路組成 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示
<p>本案例利用Fluent中的滑移網(wǎng)格（RBM）模型，對(duì)離心泵性能問題進(jìn)行了瞬態(tài)仿真計(jì)算。該案例僅對(duì)離心泵的瞬態(tài)計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)單演示，其余的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的仿真設(shè)置與本案例基本一致，可按照該案例進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。本文的相關(guān)設(shè)置依托于<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MTg5ODU3Ng==&mid=2247485266&idx=1&
<p class="ql-align-justify">CFD是工業(yè)仿真領(lǐng)域重要分支之一，也是高性能計(jì)算的主要應(yīng)用場(chǎng)景之一。本期選取了CFD領(lǐng)域典型的場(chǎng)景，基于滑移網(wǎng)格方法的旋轉(zhuǎn)機(jī)械流場(chǎng)分析，滑移網(wǎng)格方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械計(jì)算可以獲得定轉(zhuǎn)子之間的時(shí)間精確解，精度相比穩(wěn)態(tài)計(jì)算更高，計(jì)算要求也更苛刻，軟件也是采用CFD領(lǐng)域最常用的仿真軟件Fluent。我們來(lái)看下基于<strong style="color:
本案例利用Fluent中的滑移網(wǎng)格模型（RBM)，對(duì)螺旋槳敞水水動(dòng)力性能問題進(jìn)行了瞬態(tài)仿真計(jì)算。該案例僅對(duì)4119槳的瞬態(tài)計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)單演示，其余的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的仿真設(shè)置與本案例基本一致，可按照該案例進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。
本文僅計(jì)算了進(jìn)速系數(shù)為0.4的工況，計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)較為接近。
與Fluent MRF 旋轉(zhuǎn)機(jī)械（一）的結(jié)果相比，瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值更為接近。
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1.1
使用 Ansys Fluent 執(zhí)行船體在逆海波浪中移動(dòng)的升沉和縱搖仿真示例。流體體積或 VOF 模型用于求解此明渠流動(dòng)示例。在此示例中，使用明渠波浪邊界條件生成淺層波浪，而使用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格對(duì) wigley 船體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模。使用用戶定義函數(shù) (UDF) 將運(yùn)動(dòng)限制為 4 個(gè)自由度 (DOF)。為了避免出口處的數(shù)值反射（非物理結(jié)果/波浪反射），使用了數(shù)值海灘選項(xiàng)。 Fluent 案例文件供下載
<p><strong>1. 可壓縮流動(dòng)概念</strong></p><p><br></p><p>對(duì)于部分易于壓縮的流體，如果計(jì)算域內(nèi)各處壓力變化很大則密度變化也很大。如Ma大于0.3，則密度變化不可忽略，屬可壓縮流動(dòng)。</p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicPH1DZ9AZuoFRAXjM5QicllYYB1LGxLRsmlVsOEBfSjtFdaGMzN7ic648ibUGicar0SNNCnH5AoX17gQ
問題描述
在求解瞬態(tài)模型時(shí)，需要考慮各物理量隨時(shí)間的變化。為此，COMSOL 軟件會(huì)基于給定的初始條件，使用一種時(shí)間積分算法來(lái)計(jì)算未知變量會(huì)如何隨時(shí)間變化。在計(jì)算過程中，有時(shí)收斂較慢，有時(shí)不完全收斂。本文針對(duì)如何解決這種情況提供相關(guān)指導(dǎo)。
解決方法
背景
COMSOL Multiphysics 瞬態(tài)（時(shí)間相關(guān)）求解器能夠求解以下形式的方程組
增強(qiáng)收斂性-偽瞬態(tài)計(jì)算</a><span style="color: rgb(255, 129, 36);">，能夠大大加快收斂速度，嘗試了一下，使用SIMPLEC算法10000迭代步可以收斂，使用偽瞬態(tài)算法只需要1000步，收斂速度加快了10倍</span></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>2.
<p><strong>0. 偽瞬態(tài)作用</strong></p><p> </p><p><br></p><p>為什么要使用偽瞬態(tài)的算法？偽瞬態(tài)的作用實(shí)際上是增加收斂性的，當(dāng)你的穩(wěn)態(tài)計(jì)算收斂性不好時(shí)，可以將穩(wěn)態(tài)計(jì)算更改為偽瞬態(tài)計(jì)算，收斂性會(huì)增強(qiáng)。</p><p><br></p><p>當(dāng)然還可以通過前面所說的降低松弛因子的方式來(lái)增強(qiáng)收斂性。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn
<p><strong>1. Fluent迭代計(jì)算流程</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 計(jì)算流程</strong></p><p><br></p><p>在講述收斂之前，我們先了解一下Fluent是如何進(jìn)行迭代求解的。</p><p>在建模劃分網(wǎng)格后，通過一系列設(shè)置，單擊Calculation，F(xiàn)luent開始計(jì)算，其流程如下：</p><ol><li>根據(jù)初始化值，假設(shè)流場(chǎng)物理量初值為
