Fluent 求解器背景: 分离求解
方程解耦–分离求解
–如果方程中只有一个未知变量,那么这个方程组在求解时可以不考虑其它的变量
系数ap和anb是标量
–每个方程都可以使用低松驰连续求解
限制了变量从到下一步迭代的变化量
增强了迭代过程中的稳定性
–这被称为外迭代
–一旦收敛条件达到,所有的非线性方程都满足
什么是收敛
什么时候可以判断计算收敛…
–无量纲化了的残差值低于缺省的收敛标准并且
–参数的值不再有可评估的变化
残差的定义未无量纲化的残差 P48
φ的方程可以简单表达为:
–系数在每一步外迭代更新
当迭代开始时,上述方程将不再满足
–方程的误差即为残差, Rp,
–残差可以理解为对线性方程的修正,使其满足守恒性
–随着迭代步数的增加,残匪差Rp应该可以忽略
–你所监控的残差是所有网格上的残匪差之和
没有无量纲时很难判断残差的大小–残差的大小与问题的性质有关 自然对流(速度低)的残差一般比强迫对流的残差小(速度高) 因此,
需要使用无量纲化的残差–对于动量方程和能量方程,无量纲的残差定义为
监控点
进行监控时最好能确定:
–求解不再有显著的变化
–已经收敛
Icepak提供在特定位置监控某个变量的变化的功能
–在感兴趣的位置放置监控点并监控:
速度
温度
压力
判断收敛
没有适合于所有问题的一般方法
–对初始流场适当的设置将使连续方程的比例因子较小
残差一开始很大,但在低于缺省收敛标准之前会就变得很小
–对初始流场不适当的设置将使有些方程的比例因子较大
残差可能一开始就很小并且看起来已经收敛了
在判断收敛时最好不要只看残差的大小,还应该看残差的变化情况
–非常迅速或瞬时的”收敛”说明变量变化很小或没有变化
是否有意义
–Leveling off may indicate
在一定的数值精度内“收敛”
周期性变化–非定常现象(涡脱落)
导致发散的原因 P53
导致发散的原因:
–网格质量差
面对齐率
体积
细长比
–松驰系数设置不当
强非线性耦合可能造成数值不稳定
对网格质量敏感
–问题设置不当
有热功耗时设置为绝热
只有流入没有流出
边界条件错误
网格质量总述
计算网格的质量应该用以下标准来判断
–稳定性
能不能得到收敛的解
–精确性
网格是否足够用于解决物理问题
–大小
网格能否利用当前的计算资源在合理的时间内解决所求解的问题
网格质量稳定性
Icepak有三种判断网格质量的方式:
–细长比: 网格最短和最长对角线的长度之比
对于多重网格不重要
当值为1.0E-2 时也是稳定的
必须为正值
–面对齐率:
最重要的判断标准
当小于0.15时可能导致发散
使用湍流模型时尤其重要
–体积:
大多数情况下不重要
最好确定体积大于1.0E-12
一个收敛的求解不论网格如何都将满足守恒性
–质量
–能量
–“线性”化的动量方程
但是, 指定的值可能因为网格的变化而变化
–边界层分辨率
–速度,压力和温度的分布
–小尺度流动的分辨
一旦问题得到了合适的求解,再增加网格的数量将不会再改变求解的结果
–网格不相关求解
网格质量精确性: 边界层
边界层分辨率
–剪切或速度梯度
压力损失
风扇操作点, 如果合适
分离和再附点
阻力和升力系数
–热流或温度梯度
最大和最小温度
分辨率由固体-流体交界面第一层网格高度控制
–建议每一层网格分布紧密
典型的电子散热情况取1 到0.5 mm (0.04 到0.02 inches)
湍流模型将自动关闭过于紧密的网格分布
–对边界层分辨率过低将导致估计温度偏高
热设计 https://www.resheji.com
网格质量精确性: 分布或形状
分布或形状
–固体内温度
内部最大和最小温度
平均温度不受求解的影响
–完全发展流动的速度型
平板层流的速度型是抛物线形
由网格数量或增长率控制分辨率
–流体缝隙里有三个网格
求解抛物型的最小数目
–建议在热产生区域分布阵列网格
通常使用3乘3个网格
–使用合适的向内/向外的网格高度和增长率来获取分布
网格质量精确性: 小尺度流动
小尺度区域流动
–回流区
边角处
分离区
湍流粘性层的外部
–膨胀和压缩区域
流过洞穴的流动
–射流和尾流
障碍物的上风区
–障碍物在上风区的绕流
使用最大网格大小和增长率来控制
–确定有足够的网格密度来求解相应的物理问题
只能得到网格所允许得到的求解
–在梯度较大的区域应该使增长率保持较小的值
网格质量网格大小
越大的网格数目需要更多的计算资源
–计算时间随着网格数量的增多而线性增加
时间有时是很重要的
充分利用求解器的长处
–导热薄板
–非结构网格和空心区域
–埋入网络模型
巧妙地建模
–紧凑型散热器的表达
–当尺度不同时使用Zoom-In建模精确求解
板上的元件
网格质量指导和推荐
稳定的网格是强制规定的
–确保面对齐率和体积在推荐范围内
开始时先生成一套粗网格
–粗网格可以得到守恒的温度估计
细化网格估计操作条件
–使用计算结果来指导重划网格
在梯度较大的区域增加网格密度
特别注意热产生器件和重要组件的网格分布
确定网格可以
–足够分辨边界层
–在流体缝隙里分布三个网格
–使用网格到网格的求解插值
Icepak资料下载: Icepak高级建模(456页).pdf
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