【CFD小贴士】Fluent非定常时间变量设置_Fluent_STEPS

【CFD小贴士】Fluent非定常时间变量设置

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概述

在非稳态（非定常）问题中，涉及到时间变量的设置会比较纠结，主要是求解器中的时间步长（Time Step Size）、时间步数（Number of Time Steps）和单位时间最大迭代次数（Max Iterations per Time Step）三个参数如何设定？他们之间有何关系？本文对此三个概念作些讨论，并以FLUENT软件为例，其他CFD模拟软件类似。

FLUENT中只有选择用密度基（Density Based）求解器，Formulation选择显式差分（Explicit）才能对时间项使用显式差分格式。其他情况下都只能选择隐式差分（implicit），因此绝大部分情况下都用隐式差分。在此我们重点讨论隐式差分。

非稳态情况下，FLUENT是从前一个时间段算到下一个时间段，时间段就是“Time Step Size”，即差分格式下的△t。每个时间段内就相当于一个准稳态。准稳态的最大迭代次数就是稳态计算时的迭代次数。如果在最大迭代次数之内达到收敛就提前完成该时间步长，进入下一时间步长，否则就会算到所设定的最大迭代次数，然后强制进入下一时间步长。

时间步数就是总共要计算几个时间步长，因此，物理总时间=时间步长×时间步数，与最大迭代次数无关。

Time Step Size怎么设定？

FLUENT帮助文件中有估算公式，即特征长度除以特征速度所得的时间小两个量级或者更小，比如流体以入口速度1m/s要经过1米的计算段，那么这个time step size就是0.01秒或者更小。当然如果是封闭体系，没有进/出口（例如换热导致内部密度变化引起的流动），则可以粗算一个稳态结果，然后用“Report→Volume Integral”计算体积平均速度，以此为特征速度估算大致的时间步长。

注：其他方法

1、先计算出沿流向最小的网格长度

2、用该网格长度除以进口速度等于非稳态的时间步长，能够较好的表现流动特征，特别在计算升力、阻力系数时，能够使你的数据与实验对比较好

当然，这三个值是需要调整的。在FLUENT计算中，缩小Time Step Size、增大Max Iterations per Time Step，都能增加精度和收敛性，同时也都会增加计算时间，但是一般来说，后者不如前者作用大。默认的最大迭代次数20步是比较合理的。因此调值的整体思路是，调整Time Step Size，使得每一段的计算步长尽量在15-20步内收敛。因为开始的时候要充分收敛，因此一开始Time Step Size要设置的充分小，到后面再逐渐增大Time Step Size。

如果一开始不知道如何设定的时候最好是打开Adaptive让他自动定义时间步长跑最好了。其中最小的时间尺度也只能小到这个比例的1/100的这个水平上。

如果发现收敛达不到要求，需要把Time Step Size调小，保证Max Iterations per Time Step在20步内，实在不行，再调大Max Iterations per Time Step。

来源：CFD仿真区

【Fluent meshing基础练习04】表面网格修复

点击“CFD之仿真区”关注公众号交流学习概述本练习主要演示如何使用fluent meshing边界网格清理工具来修复面网格，通过使用这些工具来清理半汽车风洞表面网格并生成一个体积网格。主要内容包括：1.可视化问题区域2.使用全局和局部工具清理网格，检查网格质量3.使用全局和局部工具改进网格质量4.使用新的FM图标和检修技术（Troubleshooting techniques）5.生成体网格并提高其质量6.设置边界条件01导入网格文件，并可视化问题区域启动FM 读入网格文件并显示File→ Read→Mesh ，选择ASMO_NS-for-repair.msh.gz ，点击OK 。右击asmo，点击D raw 选择Zone selection filter （热键Ctrl+Z），选择下图所示三个面，点击hide隐藏。在Display标签下，反选All Faces,勾选其它Faces。在geometry object下右击asmo,点击draw。可以看到存在大量的自由面问题需要修复。02修复Free Faces合并节点merge nodes,按下图所示操作。按下图所示设置，勾选Relative(Percent)，从10%（按10%跨度）调节Tolerance至50%，点击Mark,显示存在3880个Free Faces,然后点击Apply for All。(也可以点击Apply for Current查看每次修复情况）。对于节点偏移严重的面网格，需要使用stitch缝合功能进行修复。建议使用stitch之前保存网格，因为如果操作不当可能会破坏几何。按下图所示操作，点击Mark,点击Frist软件自动找到问题区域，然后点击Apply for All或Apply for Current来修复问题。（由于几何存在一些“大洞”，stitch功能是无法修复，下面进行手动修复）在Patch Options下勾选Remesh,表示对修补的洞进行网格重构。如下图所示，切换到Edge selection Filter(热键Ctrl+E)，然后点击+修补洞，然后点击next直到修复完所有洞，最后剩下7个高扭曲面。注：如果修补洞的操作出现错误，可以使用热键F12撤销最后一步操作。如下图所示，切换到Edge过滤器(热键Ctrl+E)，选择一条边线，点击Edge Split（热键F7）分割边线，切换到node过滤器(热键Ctrl+N)，按照如图顺序选择两个点，点击MergrNodes（热键F9）完成该处面网格修复。F12删除所有的选择，继续点击Diagnostic Tools面板上的Next,出现下图所示问题区域，按照如图顺序选择两个点，点击MergrNodes（热键F9）完成该处面网格修复。（此时还存在1个自由面，直接删除或在Diagnostic Tools面板自由面功能选择delete或使用Multi修复。）03使用多重面和自干涉功能如图下图所示，反选Free Faces在Diagnostic Tools面板选择Multi,点击Mark→点击Frist之后会出现一个边缘面，点击Apply for current之后边缘面将消失。（上面已经提到另外两种方式:直接删除或在Diagnostic Tools面板自由面功能选择delete）在Diagnostic Tools面板上的summary可以查看，已经不存Free Faces和Multi-Faces。在Diagnostic Tools面板上选择Self Intersections功能，点击Mark→点击Frist→点击Smooth All完成自干涉的修复。注：Self Intersections不会显示在控制面板信息栏中 04验证连通性，并提升表面网格质量在验证表面网格不存在连通性问题之后，就可以提升表面网格质量。如下图所示操作，然后右击“asmo” object → Draw之后不存连通性问题。勾选All Faces后，右击“asmo” object → Draw。放大下图所示区域发现存在高纵横比面网格，按下所示进行调整。（切换到Node Filter→选择图示的两个点为目标，Ctrl+S创建一条直线→选择图示一个点，Ctrl+P投影到直线上）重分区域，切换到zone过滤器，选择车前部,点击图示Isolate图标（热键CtrI+Shift+I），发现存在一些问题，部分面网格是属于车身主体部分的。切换到Face过滤器，设置BOX框选,右键从左向右选择图示面网格。切换到zone过滤器和select选择模式，选择车身主体部分，然后点击Rezone图标（热键Ctrl+O）。提升网格质量，按图所示设置，使面网格质量Skewness＜0.7。按图所示，点击convert to Mesh Object，弹出面板上选择yes，生成Mesh object。05生成体网格并输出按图所示操作。默认设置，建议先点击apply后点击mesh生成体网格。（由于我们不生成边界层网格，所以无需先计算体积域）查看体网格质量，发现有121个单元质量Skewness＞0.9，下面查看该网格位置。菜单栏选择Display→Grid,按图所示选择，发现在车轮底部存在低质量网格。按图所示选择Auto Node Move来提升网格质量。按图所示选择，提升网格质量，最差质量为Skewness=0.889。（通过移动节点来提高质量。选择允许移动的边界，但要限制沿表面的移动，以避免几何形状的变化）命名边界，按图所示操作。其他边界操作相同（outlet为pressure-outle类型,symmetry边界为symmetry类型）。输出网格，Flie→write→mesh。来源：CFD仿真区