網格獨立性驗證的案例
CFD應用的致命傷：精度與可信度
QUICK格式在結構網格中具有三階精度且收斂性較好，但是在非結構網格中只有二階精度。二階迎風格式在實際工程中用得非常多。三階MUSCL格式用得較少，收斂性不是很好。
2、邊界條件。邊界條件會對計算結果產生本質影響。也就是說，不確切的邊界條件會導致不確切的計算結果，錯誤的邊界條件一定得不到正確的結果。在實際工程中，能做為邊界的位置的信息一定是確切的。換句話說，用戶使用不確切的邊界值，責任不在軟件。當然有時候受條件限制得不到邊界物理量，但是，軟件的使用者應當對自己輸入的邊界值負責。
其實相比較固體有限元應力計算，流體邊界值難以測量也是導致計算精度及可信度降低的原因之一。在固體計算中，邊界值可以是力可以是位移，這些都是容易測量的量。但是在流體中，邊界值常常是壓力、速度、流量、體積分數等物理量，這些量的測量都是對實驗人員的考驗。
3、網格。網格是為計算所準備的。也許在將來對NS方程的數值求解不再依賴于網格呢。由于網格的存在，導致數值計算永遠得不到真值。這里不去追究數學方程與真實世界的差異，只分辨數值計算結果與數學方程解的差別。在理論上，只有在計算網格大小為0的時候數值計算結果才等同于數學方程的解，但是大家都知道，網格大小為0是不可能的。同時由于計算機的精度限制，網格尺寸縮小會增加舍入誤差，也就是說，計算精度并不是隨著網格數量的減小而不斷增加，同時，網格尺寸的減小會增加計算資源的消耗。在進行計算中，常常要進行網格獨立性驗證，也是避免做這類吃力不討好的事情。
4、模型。將模型放在精度這里其實是不太合適的，但是不恰當的模型的確會很大程度上影響到計算精度。例如FLUENT中的湍流模型有很多種，如零方程模型、一方程模型、雙方程模型等等，不同的模型有其最合適的使用范圍，如果使用不當，勢必會造成計算精度下降。合理的選擇計算模型，不止能提高計算精度，也能提高計算結果的可信度。
展開 提高CFD應用的精度與可信度的方法
因此在時間充足的情況下，盡可能的去提高網格質量。同時，對于流動情況復雜的區域進行網格加密處理。在計算結果達到要求后，還需要進行網格獨立性驗證。
（5）邊界條件檢查。測量精度是否滿足要求？若邊界信息不是通過儀器測量得出而是通過計算，那么采用的公式使用條件是否能夠接受？
總之，雖然CFD的輸入輸出較為簡單，但是要想得到比較好的計算結果實際上是相當的困難的，不但需要良好的實驗設備的支持，更需要使用者擁有深厚的理論功底。在當前，很多高校的學生都加入了CFD計算這個行業，有很多像我這樣的半路出家的，理論基礎薄弱，在應用CFD過程中出現了很多的問題，不但會在工程上造成災難，還會敗壞CFD的名聲。所以痛定思痛，下定決心學好理論，只有擁有良好的理論功底，才有可能將CFD更好的應用于工程中，更好的讓CFD指導產品設計。
（來源：海馬CAE技術支持）
展開 CFD的解析精度與可信度
好的網格質量能夠增強收斂、提高計算精度、減少計算時間，因此在時間充足的情況下，盡可能的去提高網格質量。同時，對于流動情況復雜的區域進行網格加密處理。在計算結果達到要求后，還需要進行網格獨立性驗證。
5. 邊界條件檢查
測量精度是否滿足要求？若邊界信息不是通過儀器測量得出而是通過計算，那么采用的公式使用條件是否能夠接受？
總之，雖然CFD的輸入、輸出較為簡單，但是要想得到比較好的計算結果實際上是相當的困難的，不但需要良好的實驗設備的支持，更需要使用者擁有深厚的理論功底。在當前，很多高校的學生都加入了CFD計算這個行業，有很多像我這樣的半路出家的，理論基礎薄弱，在應用CFD過程中出現了很多的問題，不但會在工程上造成災難，還會敗壞CFD的名聲。所以痛定思痛，下定決心學好理論，只有擁有良好的理論功底，才有可能將CFD更好的應用于工程中，更好的讓CFD指導產品設計。
展開 CFD軟件的精度與可信性：使用者和客觀環境是關鍵
因此在時間充足的情況下，盡可能的去提高網格質量。同時，對于流動情況復雜的區域進行網格加密處理。在計算結果達到要求后，還需要進行網格獨立性驗證。
(5) 邊界條件檢查
測量精度是否滿足要求？若邊界信息不是通過儀器測量得出而是通過計算，那么采用的公式使用條件是否能夠接受？
總之，雖然CFD的輸入輸出較為簡單，但是要想得到比較好的計算結果實際上是相當的困難的，不但需要良好的實驗設備的支持，更需要使用者擁有深厚的理論功底。在當前，很多高校的學生都加入了CFD計算這個行業，有很多像我這樣的半路出家的，理論基礎薄弱，在應用CFD過程中出現了很多的問題，不但會在工程上造成災難，還會敗壞CFD的名聲。所以痛定思痛，下定決心學好理論，只有擁有良好的理論功底，才有可能將CFD更好的應用于工程中，更好的讓CFD指導產品設計。
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CFD的應用體會[轉]
在得到CFD計算的結果數據后，我們首先要進行結果檢查，這其中包括流場的常識檢查、網格獨立性驗證，只有在確信計算結果的有效性之后，才能進行下一步操作。
8、監測求解變量的值，以的變化在兩次迭代直接可以忽略不計
9、驗證屬性守恒已達到
計算結束后，需要確保計算域內各物理量達到守恒。除了監控殘差和歷史變量外，用戶還應當檢查系統內整體的熱量和質量平衡。最低限度，通過計算域邊界的通量凈不平衡凈不平衡量應當小于1％。
10、檢查網格依賴性
用戶應當確保計算結果是網格獨立的，并且使用網格自適應方法那修改網格，或者創建額外的網格以進行網格獨立性驗證。
11、基于工程判斷檢查計算結果
如果流動特征看起來不合理，用戶應該重新考慮物理模型和邊界條件，重新考慮邊界位置（或域）的選擇。計算域的大小的選擇不足（尤其是出口邊界）會顯著影響計算結果的準確性。
展開 使用ANSYS FLUENT進行成功仿真計算指南
8、監測求解變量的值，以確保值的變化在兩次迭代直接可以忽略不計
9、驗證屬性守恒已達到
計算結束后，需要確保計算域內各物理量達到守恒。除了監控殘差和歷史變量外，用戶還應當檢查系統內整體的熱量和質量平衡。最低限度，通過計算域邊界的通量凈不平衡凈不平衡量應當小于1％。
10、檢查網格依賴性
用戶應當確保計算結果是網格獨立的，并且使用網格自適應方法那修改網格，或者創建額外的網格以進行網格獨立性驗證。
11、基于工程判斷檢查計算結果
如果流動特征看起來不合理，用戶應該重新考慮物理模型和邊界條件，重新考慮邊界位置（或域）的選擇。計算域的大小的選擇不足（尤其是出口邊界）會顯著影響計算結果的準確性。
展開 Fluent筆記總結1
數值耗散存在所有流動問題，其來源于截斷誤差，盡量采用二階離散格式；當流動方向與網格方向一致時，數值耗散最小；
14. 對流項的離散格式：First order（無條件收斂，精度低，但結果不一定對）、Sencond order（收斂慢，精度高）、QUICK（用于旋渦）、Power等；一般先用一階計算一段時間使殘差收斂，然后換成二階繼續計算；
15. 求解器算法：SIMPLE和SIMPLEC通常用于穩態，瞬態計算推薦使用PISO；當網格比較歪斜時，無論穩態和瞬態，PISO較好；（亞松弛因子PISO：壓力項+動量項=1）
16. 加速收斂方法：設置合理的初場；調整松弛因子和庫朗數Courant；調整網格設置；
17. 網格獨立性驗證：至少畫三種網格（細分不同）；比較：壓降、總體傳熱系數、特征位置上平均壓力或溫度；
18. 對于可壓縮高速流動，操作壓力設置為0（operating pressure），表壓為絕對壓力，這樣做使輸入壓力直接為絕對壓力；
19. Outflow與過渡入口匹配，適用于不可壓，不能和Pressure inlet配用；
20. 不能用Fluent研究燃燒原理，Fluent在燃燒原理上設置為通用的，但可搭配Chemkin；
21. 兩個interface合并后，不管是完全重合還是有超出部分，重合部分變為interior，超出部分變為wall；
22. 網格中混合單元是指有三角形和四邊形（二維）或四面體或六面體（三維）；
23. 小于或等于1%的湍流強度通常被認為低強度湍流，大于10%被認為是高強度湍流；
24.
展開 設計仿真 | Cradle CFD助力金屬3D打印工藝優化
研究背景
金屬粘結劑噴射（Binder Jetting，BJ）是增材制造領域的革命性技術，能夠以低成本、高效率生產復雜金屬零件，廣泛應用于航空航天、醫療器械和汽車制造等領域。其核心原理是通過噴頭將粘結劑液滴精準噴射到金屬粉末床中，逐層粘接粉末并最終燒結成型。然而，這一過程中，粘結劑在粉末床中的滲透行為直接決定了零件的致密度、表面精度和力學性能。
近期，河北工業大學聯合海克斯康工業軟件技術團隊在金屬BJ工藝的相關研究中取得突破。通過Cradle CFD構建滲透模型，揭示了溫度對粘結劑滲透的雙重作用機制，并通過實驗驗證了仿真結果的可靠性。
設計挑戰
盡管BJ技術前景廣闊，但其工藝優化仍面臨兩大難題：
? 滲透機理復雜：液滴的鋪展、滲透受慣性力、重力、粘性力等共同影響，難以通過實驗直接觀測；
? 溫度敏感性高：粘結劑的粘度隨溫度變化顯著，導致工藝穩定性難以把控。
粘結劑與粉末床的相互作用過程
設計案例
技術亮點
? 差異化網格劃分：針對液滴、空氣域和粉末床區域分別優化網格密度，既保證界面捕捉精度，又避免計算資源浪費；
? 網格獨立性驗證：對比三種網格方案（節點數從165萬到736萬），最終選擇誤差的中等密度網格，兼顧效率與準確性。
網絡獨立性驗證
仿真結果：溫度如何改寫滲透規則？
通過Cradle CFD模擬不同溫度（20℃—40℃ ）下的單液滴與雙液滴滲透過程，研究團隊揭示了溫度對粘結劑行為的雙重影響：
? 縱向滲透增強：溫度升高導致粘結劑粘度下降，流動阻力減小，液滴更易深入粉末床。
? 橫向鋪展受限：高溫下，毛細力主導液滴向孔隙內部滲透，而非持續橫向擴展。
展開 某型集裝箱儲能電池模塊的熱設計研究及優化
圖1 集裝箱布置圖
圖2 電池模塊三維模型
圖3 電池模塊內部電池布置俯視
1.2 控制方程
本工作利用Fluent 數值仿真來對建好的網格模型進行迭代仿真計算。在Fluent 仿真軟件中選用標準的k-ε 湍流模型對電池模塊內的流體進行描述。根據實際情況而言，電池模塊內的空氣流速相對于空氣中聲音的傳播速度來說很小，所以這種情況下空氣可以認為是不可壓縮的流體。
標準k-ε 模型的湍動能k 和耗散率ε 方程見式(1)、式(2)
1.3 結構化網格劃分
結構化網格可以很容易地實現區域的邊界擬合，適于流體和表面應力集中等方面的計算。而且這種網格還具有生成速度快、質量比非結構化網格好，計算時花費的時間更少等優點。故考慮到運算時間成本和建模時間成本，本文采用結構化網格來對模型進行劃分。與此同時為了增加模擬的精確性在電池間隙、電池模塊壁面以及過渡處進行邊界層加密處理。
1.4 網格獨立性測試
基于上文提到的模型進行網格獨立性驗證，本節做出了4 套不同數量的網格對其電池散熱面的最高溫度進行監測，用來驗證網格的無關性，結果見表1。
從表中可以看出網格數量為281 萬和338 萬的電池散熱面溫度基本一致，此時可以認為散熱面的溫度不再隨網格數量的增多而變化，可以說明模擬結果趨于穩定，不再受網格數量的影響，所以選用281萬的網格作為模擬仿真使用的網格。
表1 電池模塊網格無關性驗證
1.5 初始電池模塊模型的仿真分析
根據電池尺寸和散熱的相關數據，經簡化后的電池的散熱面積為1.5782 m2，散熱面的熱流密度為181.2 W/m2，取進口的速度為3.4 m/s，進口溫度設置為15 ℃。進口設置為速度進口(velocity-inlet)，出口設置為壓力出口(pressure-outlet)，出口壓力設置為環境壓力。
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