1. Antes de la simulación
1. ¿Qué es la inicialización? ¿Cómo afecta el método de inicialización en Fluent al resultado del cálculo? ¿Cómo entiendes el "parche" en la inicialización?
La inicialización del problema consiste en darle al campo de flujo un valor inicial al realizar cálculos, incluyendo presión, velocidad, temperatura, coeficiente de turbulencia, etc. En teoría, el campo inicial dado no tendrá un impacto en el resultado final, porque a medida que aumenta el número de pasos de iteración, el campo de flujo calculado será infinitamente cercano al campo de flujo real. Sin embargo, debido a la precisión del formato discreto del software de cálculo como Fluent (producirá errores discretos) y errores de truncamiento. Si el campo inicial se desvía demasiado del campo físico real, será difícil que el cálculo converja, o incluso diverja al comienzo del cálculo. Por lo tanto, durante la inicialización, el valor inicial debe darse lo más cerca posible del fenómeno físico real. Esto requiere que tengamos una comprensión relativamente clara de los campos físicos que se van a calcular.
El parche en la inicialización es un complemento de la inicialización. Por ejemplo, cuando se encuentra un problema de flujo de múltiples fases, los parámetros de cada fase deben restringirse más finamente para maximizar la cercanía al campo físico real. Esto se puede lograr mediante parches, que pueden inicializar particiones de campos de flujo y también pueden inicializar áreas específicas escribiendo funciones simples.
Cuando se completa el número de pasos de iteración y el campo de flujo aún no ha convergido, puede hacer clic en el botón "Calcular" nuevamente para continuar calculando el mismo número de iteraciones sin reinicializar y configurar un número mayor de pasos.
2. Varios conceptos de presión de Fluent.
Las siguientes presiones aparecerán en Fluent: Presión estática (presión estática), Presión dinámica (presión dinámica), Presión total (presión total). Estas presiones son conceptos aerodinámicos y la relación entre ellas es:
Presión total = Presión estática + Presión dinámica
La presión de estancamiento es igual a la presión total (dado que la presión de estancamiento es la presión a velocidad cero, la presión dinámica es cero). La presión estática es la medida del manómetro.
En Fluent, se definen cuatro presiones más: presión absoluta, presión relativa, presión de funcionamiento y presión manométrica. La relación entre ellos es:
Presión absoluta = Presión de funcionamiento + Presión manométrica
Algunas de las presiones anteriores son en realidad una correspondencia uno a uno, pero solo hay diferencias en la expresión. Por ejemplo, la presión estática y la presión manométrica tienen el mismo significado.
Para la presión de funcionamiento, si se trata de un flujo incompresible, generalmente es el valor predeterminado 101325 Pa. Si se trata de un flujo comprimible, la presión de funcionamiento se puede establecer en 0 y la presión manométrica se considera presión absoluta. Las configuraciones recomendadas específicas son las siguientes:
| Relación de densidad | Número de Mach | presión operacional |
|---|---|---|
| ley de los gases ideales | >0.1 | 0 o aproximadamente igual a la presión promedio del campo de flujo |
| ley de los gases ideales | <0,1 | Aproximadamente igual a la presión promedio del campo de flujo. |
| función de la temperatura | incompresible | No utilice |
| constante | incompresible | No utilice |
| gas ideal incompresible | incompresible | Aproximadamente igual a la presión promedio del campo de flujo. |
3. La diferencia entre la presión del campo lejano y el límite de salida de presión.
El campo de presión lejano se refiere al valor de presión lejos del límite de salida. Tiene una influencia muy débil sobre el límite de salida. El valor de presión en la superficie o el borde del límite de salida no necesita ser constante, pero puede cambiar. Este límite solo se puede comprimir cuando se comprime y se usa en movimiento. El valor de la presión en la superficie o en el borde del límite de salida de presión es un valor constante. Dado que la distribución de presión a menudo no se puede determinar durante la solución, pero la presión en el límite generalmente no cambia mucho, en la mayoría de los casos se utiliza el límite de salida de presión. Sin embargo, en algunos casos en los que el cambio de presión en la superficie límite puede ser grande, es necesario utilizar el campo lejano de presión.
4. Al definir la entrada de velocidad en FLUENT, ¿cuál es el alcance aplicable de la entrada de velocidad? ¿Cuáles son los métodos para definir los parámetros de turbulencia? ¿Cuáles son las diferencias entre cada uno?
Las condiciones de contorno para Velocity Inlet se aplican a flujos incompresibles y requieren una velocidad de entrada determinada, así como cualquier valor escalar que deba calcularse. La condición límite de entrada de velocidad no es adecuada para flujo compresible; de lo contrario, la condición límite de entrada causará ciertas fluctuaciones en la temperatura total o la presión total en la entrada.
Con respecto al método de definición de los parámetros de turbulencia, existen diferentes combinaciones de parámetros de turbulencia según el modelo de turbulencia seleccionado. Para obtener más información, puede consultar los capítulos relevantes del manual del usuario de Fluent o puede consultar el libro de Wang Fujun "Análisis computacional de dinámica de fluidos". —Principios y aplicaciones del software CFD" 》páginas 214-216.
5. Varias situaciones en las que no se puede utilizar la salida libre.
(1) Incluye condiciones de entrada de presión;
(2) Flujo compresible;
(3) Flujo inestable con densidad cambiante.
6、eje y simetría。
El eje es simétrico (unidad de radianes) y el eje de simetría bidimensional debe ser el eje X. La simetría es simetría especular (simetría plana, unidad de espesor). La simetría reduce a la mitad el problema de la simetría plana y puede ser tridimensional. El eje debe estar en la dirección X y el área de cálculo debe estar por encima del eje X.
7. ¿Cómo elegir un solucionador de precisión simple o doble?
Los solucionadores de precisión simple y doble de Fluent son adecuados para todas las plataformas informáticas. En la mayoría de los casos, el solucionador de precisión simple puede cumplir con los requisitos de precisión de cálculo y tiene una pequeña cantidad de cálculo. Sin embargo, hay algunos casos en los que se recomienda el solucionador de doble precisión:
(1) Si la geometría contiene características de escala completamente diferentes (como un tubo largo y de paredes delgadas), utilice doble precisión;
(2) Si hay varias áreas cerradas conectadas por tuberías de pequeño diámetro en el modelo y hay una gran diferencia de presión entre las diferentes áreas, utilice doble precisión.
(3) Para problemas con mayor conductividad térmica o para mallas con relaciones de aspecto más grandes, utilice doble precisión.
8. ¿Cuáles son las prácticas generales para la verificación de la independencia de la red?
Verificación de la independencia de la cuadrícula, es decir, determinar si el número de cuadrículas no tiene nada que ver con los resultados de la simulación. Durante la simulación numérica, el número de mallas afecta directamente la precisión de los resultados del cálculo. Muy pocas cuadrículas conducirán a resultados de simulación inexactos y demasiadas cuadrículas harán que el cálculo sea demasiado lento, por lo que se debe seleccionar una cantidad adecuada de cuadrículas.
Primero, divida los tamaños de las cuadrículas en orden de grande a pequeño y divida el número de cuadrículas diferentes de pequeña a grande. Después de eso, importe Fluent por separado para simular en las mismas condiciones. Una vez completada la simulación, compare los resultados de la simulación de una determinada cantidad física o la distribución de la cantidad física en una determinada dirección. Generalmente, a medida que el número de cuadrículas aumenta gradualmente, los resultados de la simulación de una determinada cantidad física se acercarán cada vez más y la distribución de la cantidad física se volverá gradualmente consistente. En este momento, si se permite el error, seleccione una cantidad menor de cuadrículas que puedan obtener resultados precisos y realizar simulaciones posteriores. Este es el enfoque general para la verificación de la independencia de la red.
2. Durante la simulación
1、"viscosidad turbulenta limitada a una relación de viscosidad de 1,000000e+005 en *** celdas "的问题。
La relación de viscosidad turbulenta es demasiado grande, lo que indica que el nivel de turbulencia durante el proceso de cálculo es extremadamente alto y ha alcanzado una situación que es imposible en condiciones de trabajo reales, y Fluent lo limita. Existe una alta probabilidad de que sea causado por la divergencia del proceso de cálculo, por lo que el cálculo debe converger.
Este problema puede ocurrir debido a: (1) mala calidad de la malla (asimetría de la malla tetraédrica/hexaédrica >0,85, asimetría de la malla triangular/cuadrilátera >0,9); (2) configuración inadecuada de las condiciones de contorno de turbulencia, o no hay un buen valor inicial.
Cuando aparece esta advertencia, en términos generales, el problema más probable es la calidad de la cuadrícula, especialmente el valor Y+; al dividir la cuadrícula, debe prestar atención a la primera capa de la altura de la cuadrícula, es muy importante, puede usar la Calculadora de espacio de cuadrícula viscosa de la NASA. para calcular la altura de la cuadrícula de la primera capa.
Si no hay ningún problema obvio con la calidad de la malla, puede intentar restablecer las condiciones límite turbulentas en lugar de utilizar la energía cinética turbulenta, la relación de viscosidad turbulenta y otros parámetros predeterminados (los valores predeterminados son 1, este valor puede parecer muy grande en algunas condiciones de trabajo, por lo que surge esta pregunta).
2. El problema del "flujo invertido..." ocurre al ejecutar cálculos.
Este problema significa que se ha producido un reflujo. Este problema es más relajado que la advertencia de relación de viscosidad turbulenta. En algunos casos, esta advertencia solo puede aparecer al comienzo del cálculo y desaparecerá a medida que avanza la iteración. Si el cálculo toma un período de tiempo, la advertencia desaparecerá, no tendrá ningún impacto en los resultados del cálculo. Si esta advertencia persiste, es posible que se requiera el siguiente procesamiento: (1) Si se
simula el flujo externo, el motivo de esta advertencia puede ser que el Las condiciones de contorno no están lo suficientemente lejos del objeto. Si la condición de contorno se establece lo suficientemente lejos, puede haber un fenómeno de reflujo allí durante el proceso de cálculo; para flujo compresible, es mejor establecer el límite en 10 veces la longitud característica del objeto. objeto; para un flujo incompresible, es mejor establecer el límite en 4 veces la longitud característica del objeto.
(2) Si se produce esta advertencia, ya sea para flujo externo o flujo interno, se puede usar la condición límite de presión-salida en lugar de la condición límite de salida para mejorar este problema.
3. Determinar la convergencia de la simulación a través del flujo.
En informe → flujo → caudal másico, seleccione todas las entradas y salidas. Después del cálculo, se mostrará la diferencia entre los flujos de entrada y salida. Si su valor es inferior al 1 % del caudal de entrada total, se mostrarán otras cantidades de detección. Básicamente desaparece después de continuar la iteración. Si se produce una fluctuación, se puede considerar que la solución de simulación ha convergido.
3. Postprocesamiento
1. El valor Y+ de la cuadrícula y su función.
Después de la simulación, vaya a "Informe" → "Dibujo" → "Trazado XY" → "Función del eje Y" en la esquina superior derecha → cuadro desplegable "Turbulencia" y "Muro Yplus", seleccione el muro en "Superficie" para ver la cuadrícula El valor Y+.
Y+ es un parámetro relacionado con la función de la pared. Mediante el estudio de la capa límite, la capa límite se puede dividir en tres regiones: capa inferior viscosa (0 < Y+ < 5), capa tampón (5 < Y+ < 30) y capa completamente turbulenta (Y+ > 30).
Aquí, se utilizan dos cantidades físicas adimensionales u+ e y+ para definir las leyes dentro de la capa límite:
u+ representa la velocidad adimensional, u representa la velocidad del fluido en la capa límite y τw es el esfuerzo cortante de la pared.
y+ representa la distancia adimensional a la pared, y representa la distancia desde un cierto punto en la capa límite hasta la pared y v representa la viscosidad cinemática del fluido m^2/s.
Se han realizado una gran cantidad de experimentos en las tres regiones de la capa límite y los resultados muestran que las reglas de u+ e y+ en estas tres regiones son diferentes. Para la capa inferior viscosa (0<y+<5), la relación entre u+ e y+ es aproximadamente lineal; para la capa completamente turbulenta, la relación entre u+ e y+ es aproximadamente logarítmica, lo que se llama ley logarítmica; para la capa amortiguadora , La curva de relación lineal y la relación logarítmica son La curva de ley tiene un punto de intersección en la capa de amortiguación y el valor y + correspondiente al punto de intersección es alrededor de 11.
Fluent utiliza funciones de pared para calcular el flujo de fluido, la transferencia de calor y masa en la capa límite y otras cuestiones. La función de pared es una fórmula semiempírica derivada de reglas experimentales y se utiliza para conectar la región influenciada por la viscosidad entre la pared y la región completamente turbulenta. Calcula la ley de la capa límite basándose en la ley logarítmica e ignora la capa inferior viscosa y la capa amortiguadora. Por lo tanto, cuando dibujamos la malla de la capa límite, no podemos dibujar la capa inferior viscosa y la capa amortiguadora, sino que debemos dibujar directamente la capa completamente turbulenta. En otras palabras, cuando se utiliza la función de pared, no solo no es necesario refinar la malla en la capa límite, sino que también debe garantizar que la primera capa de malla esté dentro del rango donde se puede aplicar la ley logarítmica. En términos generales, Y+ = 15 se utiliza como línea divisoria donde se puede utilizar la ley logarítmica, por lo que la primera capa de la cuadrícula debe garantizar que y+ > 15 tanto como sea posible.
Para dejar un cierto margen y garantizar la precisión de los resultados del cálculo, Fluent requiere que Y+ sea mayor que 15. Si y+ es menor que 15, Fluent no puede garantizar la precisión de la solución. El límite inferior de y+ es 15 y el límite superior de y+ depende del número de Reynolds:
Para números de Reynolds altos: como barcos, aviones, etc., el rango de la ley logarítmica se expande y el límite superior de y+ puede llevarse a varios miles, reduciendo el número de rejillas; para números de Reynolds bajos: como álabes de turbina , etc., el límite superior de Y+ se puede llevar a 100; para un número de Reynolds muy bajo: el rango de la ley logarítmica es muy estrecho. Para garantizar que Y+ > 15, el número de capas de la cuadrícula de la capa límite puede ser muy pequeño y los resultados del cálculo serán pobres, por lo que no se recomienda utilizar la función de pared.
Para obtener una comprensión más detallada de la teoría de la capa límite, consulte:
2. ¿Cuáles son los tipos de formatos de archivos comunes en FLUENT: dbs, msh, cas, dat, trn, jou, perfil, etc.?
En el directorio de Gambit, hay tres archivos, a saber, default_id.dbs, jou y trn. Al ejecutar guardar en Gambit se guardarán estos tres archivos en el directorio de trabajo: default_id.dbs, default_id.jou y default_id.trn.
El archivo jou es un archivo de registro de comandos de Gambit. Puede ejecutar comandos de Gambit por lotes ejecutando el archivo jou;
El archivo dbs es el archivo predeterminado de Gambit para almacenar datos de geometría y malla;
El archivo trn es un archivo que registra información de la ventana de línea de comando (transcripción). Después de que se cierre el programa Fluent, se generará un archivo de texto en formato TRN y el nombre del archivo se nombrará en el formato "fluent-fecha-hora-número aleatorio". El archivo TRN registra toda la información de texto que se muestra en la línea de comando de Fluent. Este archivo se puede generar desmarcando "Transcripción automática" en "Preferencias - General - Configuración fluida".
El archivo msh se puede seleccionar en el formato de exportación después de que Gambit se malla y establece las condiciones de contorno. El solucionador Fluent puede leer el archivo.
El expediente del caso incluye la malla, las condiciones de contorno, los parámetros de la solución, la interfaz de usuario y el entorno gráfico.
El archivo de datos contiene los valores de flujo para cada celda de la cuadrícula y el historial de convergencia (valores residuales). Fluent guarda automáticamente los tipos de archivos, de forma predeterminada los archivos de fecha y casos.
El perfil de límite del archivo de perfil se utiliza para especificar las condiciones de flujo en el área límite del dominio de la solución. Por ejemplo, se pueden utilizar para especificar el campo de velocidad en el plano de entrada.
Para leer el archivo de perfil, haga clic en el menú Archivo/Leer/Perfil... para que aparezca el cuadro de diálogo de selección de archivos y podrá leer el archivo de perfil de límites. Para escribir archivos de contorno, también puede crear archivos de contorno en condiciones de superficie o límites específicos. Por ejemplo, puede crear un archivo de perfil en la condición de salida de un estudio, luego leer el archivo de perfil en otro estudio y utilizar el perfil de salida como perfil de entrada del nuevo estudio. Para escribir un perfil, debe utilizar el panel Escribir perfil (Figura 1), menú: Archivo/Escribir/Perfil.
El archivo bat es un archivo de script generado después de iniciar Fluent. El nombre del archivo generalmente comienza con "limpieza-...". El propósito de este archivo de secuencia de comandos es garantizar que después de que el programa Fluent salga normalmente (use el botón de cerrar en el lado superior derecho de la interfaz para salir), todos los procesos correspondientes puedan finalizar, liberando así recursos del sistema. El archivo de script se ejecuta automáticamente durante la fase de salida del programa Fluent. Este archivo se puede eliminar después de cerrar Fluent.
4. Otros
1. Defina la fuente de calor en volumen o la fuente de masa del componente en una determinada superficie (2D) o un cuerpo (3D) en el área de cálculo. ¿Cómo definir esta zona? Y esta zona todavía es fluida.
En Gambit, primero defina la zona requerida. Para el flujo de fluido, creo que esto se puede manejar con una cuadrícula dinámica. En la interfaz de configuración de la cuadrícula dinámica, establezca la zona que fluye con el fluido hacia un cuerpo rígido, para que pueda usarse como zona sin afectar al fluido.La circulación también puede fluir con fluidos. Es solo que su UDF en movimiento es difícil de definir. Es mejor editar la UDF de cuadrícula de acuerdo con sus reglas de flujo.
2. Perfil aerodinámico de avión 2D: simulación típica de flujo externo compresible
En Fluent, cuando el número de Mach es superior a 0,3, no se puede ignorar la compresibilidad del gas. Entonces, para este tipo de simulación compresible, se debe seleccionar el solucionador basado en densidad y activar la ecuación de energía.
Para problemas de flujo externo del ala, se recomienda el modelo de turbulencia de ecuación única Spalart-Allmaras. En la configuración del material, establezca el término de densidad del aire en "gas ideal", el término de viscosidad en la ecuación de Sutherland y todos los coeficientes serán predeterminados.
En cuanto a la presión de operación, en Fluent, para flujos con un número de Mach convectivo mayor a 0,1, se recomienda que la presión de operación sea 0.
Una vez completada la simulación, se muestra el valor y+ de la malla de la superficie del ala para determinar si la malla es aceptable. Para el modelo Spalart-Allmaras, el requisito para el valor y+ es y+ = 1 o y+ mayor o igual a 30. Si la mayor parte de la cuadrícula es mayor que 30, significa que la cuadrícula es aceptable.
3. ¿Qué es el método PDF? ¿Cuáles son los métodos para simular la combustión de carbón pulverizado en Fluent?
El método de ecuación de transporte de la función de densidad de probabilidad (método PDF) es un nuevo método de modelo establecido gradualmente en los últimos años para describir el flujo turbulento de dos fases. El método llamado Función de Densidad de Probabilidad (PDF) se basa en la aleatoriedad y la descripción estadística probabilística del campo de turbulencia. Utiliza la velocidad, la temperatura, la concentración de los componentes y otras cantidades características del campo de flujo como variables aleatorias para estudiar la densidad de probabilidad. función en la fase Métodos para estudiar el comportamiento del transporte en el espacio. El modelo PDF se encuentra entre la simulación macroscópica y la simulación mesoscópica. Parte de la teoría de la dinámica molecular del movimiento aleatorio y la ley básica de conservación de la turbulencia de dos fases para explorar las leyes de la turbulencia de dos fases. Por lo tanto, puede usarse como un modelo de dos fases. Modelo de fases en el marco del modelo de dos fluidos Fundamentos teóricos de los modelos de turbulencia. Es esencialmente un puente entre el modelo EL y el modelo EE. El análisis de Lagrange del movimiento de partículas se puede utilizar para establecer un modelo de turbulencia de dos fases EE cerrado a través de la teoría estadística, es decir, la integración de la ecuación PDF.
La simulación correcta de procesos de combustión turbulenta no premezclados requiere la simulación simultánea de procesos de mezcla y de reacción química. FLUENT proporciona cuatro métodos de simulación de reacciones: método de reacción de velocidad finita, método PDF de fracción de mezcla, método de desequilibrio (elemento de llama) y método de combustión premezclada. El método del elemento de llama es un caso especial del método PDF fraccional mixto. Este método se basa en reacciones desequilibradas. Con este método se pueden simular fenómenos desequilibrados que no pueden simularse mediante el método PDF de fracción mixta, como la suspensión y extinción de llamas y la formación de NOx. Sin embargo, dado que este método aún no es perfecto, sólo se puede aplicar a modelos adiabáticos en FLUENT.
Para muchos sistemas de combustión, la radiación es el principal método de transferencia de energía, por lo que al simular sistemas de combustión, la simulación de la transferencia de energía radiante también es muy importante. En FLUENT, el modelo para simular este proceso también es muy completo. Incluyendo DTRM, P-1, Rosseland, modelo de radiación DO y modelo WSGG para simular el coeficiente de absorción.