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發(fā)布時間:2022-01-07 16:29:28 人氣:1267
CFD軟件是一個黑盒子,利用CFD軟件解決工程問題,軟件使用者對于數(shù)據(jù)流向并不清楚,實際上對于非CFD專業(yè)的人事來說,也不必完全清楚CFD的內(nèi)部運作方式,但如何有效的利用當(dāng)前的軟件,如何*限度的發(fā)揮當(dāng)前軟件的計算性能,將計算結(jié)果精度及可信度提高,仍然是非常重要的,也是每一個從事CFD工程應(yīng)用的人必須注意的。最需要注意的部分包括下面一些內(nèi)容。
一精度
1. 算法導(dǎo)致的精度問題
一般來說,高階算法的精度要高于低階精度。但是收斂性卻相反,采用高階算法要比低階算法收斂更困難一些。在一些高速流動情況中,采用迎風(fēng)格式比中心差分格式能更好的收斂,在擴散占優(yōu)的流動中則相反。以FLUENT為例,其具有一階迎風(fēng)格式與二階迎風(fēng)格式、冪律格式、QUICK格式,以及三階MUSCL格式。通常一階迎風(fēng)格式用于初步求解,較少用于最終計算結(jié)果的獲得;QUICK格式在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中具有三階精度且收斂性較好,但是在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中只有二階精度;二階迎風(fēng)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(jié)果產(chǎn)生本質(zhì)影響。也就是說,不確切的邊界條件會導(dǎo)致不確切的計算結(jié)果,錯誤的邊界條件一定得不到正確的結(jié)果。在實際工程中,能做為邊界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(zé)任不在軟件。當(dāng)然,有時候受條件限制得不到邊界物理量,但軟件的使用者應(yīng)當(dāng)對自己輸入的邊界值負責(zé)。
其實相比較固體有限元應(yīng)力計算,流體邊界值難以測量也是導(dǎo)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(shù)等物理量,這些量的測量都是對實驗人員的考驗。
3. 網(wǎng)格
網(wǎng)格是為計算所準備的,也許將來對NS方程的數(shù)值求解不再依賴于網(wǎng)格。由于網(wǎng)格的存在,導(dǎo)致數(shù)值計算永遠得不到真值。這里不去追究數(shù)學(xué)方程與真實世界的差異,只分辨數(shù)值計算結(jié)果與數(shù)學(xué)方程解的差別。在理論上,只有在計算網(wǎng)格大小為0的時候數(shù)值計算結(jié)果才等同于數(shù)學(xué)方程的解,但是大家都知道,網(wǎng)格大小為0是不可能的。同時由于計算機的精度限制,網(wǎng)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(wǎng)格數(shù)量的減小而不斷增加,同時,網(wǎng)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(wǎng)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(dāng)?shù)哪P偷拇_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(dāng),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(jié)果的可信度。但是要合理地選擇模型,很大程度上依賴于使用者的理論功底和對問題的認識程度。
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