《计算流体动力学分析》学习报告
《计算流体动力学分析》学习报告

《计算流体动力学分析》学习报告计算流体力学基础:本章主要讲解流体动力学的核心思想以及流体动力学的控制方程。
1、 计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic )基本思想:把原来在时间和 空间上的连续的物理量,用一系列离散点上的变量值来代替,通过一定的原则和 方式建立变量之间的代数方程式,求解之后获得变量的近似值。
2、 C FD 控制方程:质量守恒方程可聞=0.:t动量守恒方程(Navier-Stokes 方程)能量守恒方程—'T ^ ■ div( ^uT)二 div 』gradT) S T -t c pS T 为粘性耗散项。
方程含有u , v , w , p , T 和P 六个未知量,所以还需要一个方程组,才能使其封闭,而 这个方程组就是联系 P 和p 的状态方程组:P=(p ,T )。
组分质量守恒方程(在一个系统中,可能存在质的交换,或者存在化学组分时 使用。
)-© div(血)二 divggrad 乙)S s .t为便于对控制方程进行计算和分析,对div( :?u ) = div(】 grad ) S X打打);:(;?u ) ::(「v ) (:w ).:t :x 釣 :z( ) ( ) ( )S x :x :y :y : z : z 依次为瞬态项,对流项,扩散项和源项。
3、湍流控制方程三维的N-S 方程无论对于层流还是湍流都是是使用的, 但由于直接求解三维瞬态的控制方程,对计算机的内存和速度要求很高, 因此在工程上广为采用的方法是对瞬态的N-S 方程进 行实践平均处理,同时补充反应湍流特性的其他方程, 例如湍动能方程以及湍流耗散率方程 第一章、 基于有限体积法的控制方程离散: 本章主要讲解控制方程的离散。
节点之间的近似解,一般认为是光滑变化的, 原则上可以应用插值方法确定, 从而得到定解问题整个区域上的近似解, 这种方 法称为离散近似。
有限元法: 将物理量储存在真实的网格节点上, 将单元看成是有周边节点及其 形::(讪 div(hu)二 二.L F :x ;:x ;:y ;zdiv(S)= .:t 汀.汕 xy :: yy ;: ■ zyFy .y :x :y :z cP FzCFD 控制方程写成通用格式:CT zx + 一zz函数构成的统一体;限体积法:往往将物理量储存在网格单元的中心点上,而将单元看成是围绕中心点的控制体积,或者在真实网格节点定义和储存物理量,而在节点周围构造控制体积(Fluent)。
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》

《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》计算流体动力学分析(CFD)是一种强大的工程分析技术,用于分析非稳定流体流动场景下复杂性和多相性之间关系。
CFD软件是现代工程仿真的基石,它可以帮助快速分析复杂的物理现象,以及快速预测决策的影响。
本文旨在简要介绍CFD软件的原理和应用。
首先,CFD软件的原理是根据流体动力学模型设计的,它允许对流体系统的物理特性进行数值模拟。
根据基础的流体动力学原理,CFD 软件可以计算湍流和边界层流中的流动特性,包括速度、温度、压力和流场分布。
这些参数是必要的,因为它们可以提供有关流体流动、传热、传质和传播的信息,从而帮助分析工程系统的性能和稳定性。
CFD软件的另一个特点是模拟流体多相性的能力。
这种能力使用多相流体模型将非湍流流动和混合多相流动分别结合起来,以实现非常精确的分析。
例如,盐水混合流体和燃料添加剂混合流体,这些混合物可以被模拟并进行性能可靠性分析。
CFD软件还可以用来对流体流动和传热进行精细分析,可以识别出复杂流场中涡流、涡旋和其它不规则结构,以及分析流动速度和温度分布。
此外,CFD软件还可以用来模拟传热传质,模拟流体的几何变形,优化流体过程的性能,并对结构的强度和稳定性进行验证。
CFD软件的应用非常广泛,可以应用于多种领域,包括航空航天、能源开发、生物医学工程、冶金铸造和制药等。
这些应用可以用于有效地提高涡轮发动机的性能,提高压气机的使用效率,以及对火箭燃料轨道元素的分析等,以此节省能耗,提升工程性能。
此外,CFD软件还可以用于分析风场、水体和水质,以实现更快捷、更准确的仿真分析。
例如,可以模拟水体湍流和流量变化,以及水质变化,这有助于政府和环保机构实施新的环境政策和管理措施。
总之,CFD软件是一种强大的工程分析技术,可以分析复杂的物理现象,快速预测决策的影响,从而节省时间和费用,提高企业的竞争力。
它的原理和应用能够帮助工程师们更好地掌握流体流动场景,从而改善工程系统的性能和稳定性,提升企业的效率和竞争力。
流体动力学(CFD)分析.

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Intro-12
层流分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
层流中的速度场都是平滑而有序的,高粘性流体(如石油等)的低 速流动就通常是层流。
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Intro-13
紊流分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流 波动的流体流动情况,ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均 流动下的紊流速度波动的影响。 如果流体的密度在流动过程中保 持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量,该流体 就可认为是 不可压缩的,不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘 性耗散。
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Intro-8
第一章
FLOTRAN 计算流体动力 学(CFD)分析概述
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Intro-9
目标
Module Objective
在完成本章学习后,我们应该对流体动力学分析的基本概念 有所了解,并知道它的基本分类。
Lesson Objectives
第一讲、FLOTRAN CFD 分析的概念 第二讲、 FLOTRAN 分析的种类 第三讲、层流分析 第四讲、紊流分析 第五讲、热分析 第六讲、可压缩流分析 第七讲、非牛顿流分析 第八讲、多组份传输分析
六、 FLOTRAN分析过程中应处理的问题
七、对一个FLOTRAN分析进行评价
八、验证结果
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目录
Guidelines
第三章 FLOTRAN设置命令
一、FLOTRAN求解控制命令
二、FLOTRAN执行及输出控制命令 稳态控制参数设置
三、FLOTRAN执行及输出控制命令 瞬态控制参数设置
流体动力力学报告范文

流体动力力学报告范文流体动力学报告范文流体动力学是力学的一个重要分支,研究流体的运动规律和力学性质。
在过去的一段时间里,我进行了一系列流体动力学实验,最终得出了一些结论。
以下是我的报告范文。
【引言】流体动力学是研究液体和气体运动的一门学科,它在工程、航空、汽车等领域有着广泛的应用。
通过实验研究流体的性质和行为,可以更好地理解流体的运动规律和力学性质。
本报告旨在总结我所进行的流体动力学实验,并得出相应的结论。
【实验过程】我进行了一系列关于流体动力学的实验,包括测量流体的流速和流量、研究流体的稳定性和粘度等。
在测量流体的流速和流量实验中,我使用了流速计和流量计进行实验。
实验结果表明,流体的流速和流量与流入流体的面积成正比,与流体的粘度和密度有关。
在研究流体的稳定性实验中,我通过改变流体的密度和粘度,观察流体的流动状态。
实验结果表明,流体的稳定性与流体的粘度和密度有关,高粘度和高密度的流体更不易受外力影响。
在粘度实验中,我使用了U型管和水银进行实验,通过测量U型管两端的液面差来计算流体的粘度。
实验结果表明,流体的粘度与流体的密度和黏度成正比,与流体的温度成反比。
【实验结论】通过以上实验,我得出了一些结论:首先,流体的流速和流量与流入流体的面积成正比,与流体的粘度和密度有关。
其次,流体的稳定性与流体的粘度和密度有关,高粘度和高密度的流体更不易受外力影响。
最后,流体的粘度与流体的密度和黏度成正比,与流体的温度成反比。
【结语】流体动力学是一门复杂的学科,研究的内容广泛且有广泛的应用。
通过进行流体动力学实验,我们可以更好地理解流体的运动规律和力学性质,并为实际工程问题提供参考和解决方案。
本报告总结了我所进行的流体动力学实验,并得出了一些结论。
希望我的研究能为相关领域的研究者和工程师提供一些参考和启示。
计算流体动力学(CFD)分析概述

计算流体动力学(CFD)分析概述No BoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具,使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元,可解决如下问题:, 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力, 超音速喷管中的流场, 弯管中流体的复杂的三维流动同时,FLOTRAN还具有如下功能:, 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布, 研究管路系统中热的层化及分离, 使用混合流研究来估计热冲击的可能性, 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能, 对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析:, 层流或紊流, 传热或绝热, 可压缩或不可压缩, 牛顿流或非牛顿流, 多组份传输这些分析类型并不相互排斥,例如,一个层流分析可以是传热的或者是绝热的,一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析层流中的速度场都是平滑而有序的,高粘性流体(如石油等)的低速流动就通常是层流。
紊流分析紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流波动的流体流动情况,ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。
如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量,该流体就可认为是不可压缩的,不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度而变,就可不解温度方程。
在共轭传热问题中,要在同时包含流体区域和非流体区域(即固1No BoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南体区域)的整个区域上求解温度方程。
在自然对流传热问题中,流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布的不均匀性,从而引起流体的流动,与强迫对流问题不同的是,自然对流通常都没有外部的流动源。
《《流体力学》学习报告[最终定稿]》
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《《流体力学》学习报告[最终定稿]》第一篇:《流体力学》学习报告《流体力学》学习报告————11土木二班47号胡智远通过一个学期的学习,让我懂得了。
流体力学是研究流体平衡和机械运动规律及其应用的科学,是力学的一个重要分支。
它的任务是通过流体的运动规律,研究流体之间及流体与各种边界之间的相互作用力,并将它们应用于解决科研和实际工程问题。
在水力、动力、土建、航空、化工,机械等领域里,都日益广泛的应用流体力学,同时正是这些领域的发展,也推动了流体力学的发展和深入。
流体是气体和液体的总称。
在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体,所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。
大气和水是最常见的两种流体,大气包围着整个地球,地球表面的70%是水面。
大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。
20世纪初,世界上第一架飞机出现以后,飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。
20世纪50年代开始的航天飞行,使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。
航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。
这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。
石油和天然气的开采,地下水的开发利用,要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动,这是流体力学分支之一——渗流力学研究的主要对象。
渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治,化工中的浓缩、分离和多孔过滤,燃烧室的冷却等技术问题。
燃烧离不开气体,这是有化学反应和热能变化的流体力学问题,是物理-化学流体动力学的内容之一。
爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程,涉及气体动力学,从而形成了爆炸力学。
沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等,都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题,这类问题是多相流体力学研究的范围。
等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。
等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》

《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》计算流体动力学(CFD)是一门应用于工程领域的计算机科学,其中的目的是使用计算机来对物理现象进行研究和分析。
它主要用于研究不同流体在固定的介质中的相对位置以及流动时间,如水流动,空气流动和燃烧气体流动。
因此,CFD可以用于解决实际问题,如空气动力学,气体动力学和液体动力学。
CFD软件是一种用于实现CFD 原理的计算机程序。
这些软件利用数学模型和计算算法来模拟物理系统并进行分析,而无需实际进行实验。
CFD软件具有高精度的运算能力,可以在不影响质量的情况下准确地描述流体的数学模型。
其特点是可以模拟实际气体和液体的复杂流动,从而精确估计流体摩擦力、气体结构及表面流动等方面的性能。
因此,CFD软件可以帮助工程师更好地发现潜在的流体力学问题,及早发现可能出现的设计问题,减少开发时间和成本。
CFD软件的应用范围非常广泛,可以用于工业,航空航天,仪器仪表,环境技术,气象学,航海学,建筑,机械工程,热能,医疗等领域的研究和应用中。
例如,在航空航天领域,人们可以利用CFD软件来估算飞行器的马赫数和飞行机翼的起飞性能,以及飞行器在空中运动时所受的风阻力和推动力,从而提高飞行机翼或飞行机翼上设备的性能。
此外,CFD 软件还可以用来分析和设计工业设备的结构,并分析设备运行时的流体动力学行为,以便更好地控制工艺参数。
此外,CFD软件还可以用来研究环境变化和空气污染,以便及早预测空气质量变化情况。
例如,当空气污染物被释放到空气中时,CFD 软件可以预测在特定条件下,空气污染物在空气中会分布到哪里。
CFD软件也被广泛用于热能和医疗领域中,可以帮助人们更准确地分析和预测物理系统的行为。
例如,在医疗领域,CFD软件可以用于估算受伤者肺部的空气流速,以及空气流速对受伤者血液活化的影响,以确定需要采取的相应措施。
综上所述,CFD软件是一种重要而有用的计算工具,可以用于研究和解决实际应用中出现的多方面的流体动力学问题。
流体动力学学习报告

流体动力学学习报告流体动力学是研究流体运动的学科。
它是物理学、力学和数学的交叉学科,在现代工程、自然科学和应用科学中具有广泛的应用。
以下是我对流体动力学学习的总结。
在学习流体动力学时,我们首先需要了解流体的性质。
流体的物理性质包括密度、粘度、压力、流速和动量等。
流体的分类有两种:牛顿流体和非牛顿流体。
牛顿流体的粘度是恒定的,如水、空气等;而非牛顿流体的粘度则随着剪切力而改变,如液态聚合物、糊状物质等。
流体的运动可以分为两种方式:稳态流和非稳态流。
稳态流表示流体在同一时间和位置的流动状态是相同的,如河流、水管、喷泉等;而非稳态流则表示流动状况会发生变化,如雷暴云、洪水等。
其中最为重要的是黏性流体,即流体的黏度很高,如油、泥浆、糨糊等。
黏性流体的运动是通过黏性力来转移动量的,它的运动状态具有非线性、非定常和非对称等特点。
导致流体产生运动的主要力有:压力梯度、重力、惯性力和表面张力等。
其中压力梯度是最为常见的力,它是由于流体在不同压力下移动而产生的。
在工程和自然领域中,压力梯度往往与管道、水力和气象学等领域有关。
重力则是指流体在重力场中移动所产生的结果,例如在地球上,水会由高处流向低处。
惯性力则是由于流体的加速度引起的,在高速运动的流体中比较重要。
表面张力则是由于流体中分子之间的相互作用力而产生的,它在液体与气体之间的交界面处最为明显。
学习流体动力学还要了解流体的基本方程,包括连续性方程、动量方程、能量方程和热力学方程等。
其中连续性方程是描述流体物质守恒的基本方程,它表示流体质量在空间和时间上的守恒。
动量方程则用于描述流体动量守恒的基本方程,它反映的是流体的运动规律。
能量方程和热力学方程用于描述流体的能量守恒和热力学过程。
最后,在学习流体动力学过程中,我们需要了解流场分析的基本方法。
流场分析是指通过数值模拟、实验分析等方式对流体的运动规律进行研究。
其中最为重要的数学方法有数值模拟、微分方程和偏微分方程等。
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《计算流体动力学分析》学习报告计算流体力学基础:本章主要讲解流体动力学的核心思想以及流体动力学的控制方程。
1、计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic )基本思想:把原来在时间和空间上的连续的物理量,用一系列离散点上的变量值来代替,通过一定的原则和方式建立变量之间的代数方程式,求解之后获得变量的近似值。
2、CFD 控制方程:质量守恒方程0)·=∇+∂∂u tρρ( 动量守恒方程(Navier-Stokes 方程)Fz zy x z u w div t w F zy x y u v div t v F zy x x u u div t u zz zx zx y zy yy xy x zx yx xx +∂∂+∂∂+∂∂+∂∂-=+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂-=+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂-=+∂∂τττρρρτττρρρτττρρρ)()()()()()( 能量守恒方程T pS gradT c k div T u div t +=+∂∂)()(T ( ρρ) S T 为粘性耗散项。
方程含有u ,v ,w ,p ,T 和ρ六个未知量,所以还需要一个方程组,才能使其封闭,而这个方程组就是联系P 和ρ的状态方程组:P=(ρ,T )。
组分质量守恒方程(在一个系统中,可能存在质的交换,或者存在化学组分时使用。
)()s s s s S c grad D div c u div t+=+∂∂)()(c (s ρρρ ) 为便于对控制方程进行计算和分析,对CFD 控制方程写成通用格式:()S zz y y x x zw y v x u t S grad div u div t+∂∂Γ∂∂+∂∂Γ∂∂+∂∂Γ∂∂=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+Γ=+∂∂)()()()()()())()(φφφφρφρφρρφφφρρφ 依次为瞬态项,对流项,扩散项和源项。
3、湍流控制方程三维的N-S 方程无论对于层流还是湍流都是是使用的,但由于直接求解三维瞬态的控制方程,对计算机的内存和速度要求很高,因此在工程上广为采用的方法是对瞬态的N-S 方程进行实践平均处理,同时补充反应湍流特性的其他方程,例如湍动能方程以及湍流耗散率方程等。
第一章、基于有限体积法的控制方程离散:本章主要讲解控制方程的离散。
节点之间的近似解,一般认为是光滑变化的,原则上可以应用插值方法确定,从而得到定解问题整个区域上的近似解,这种方法称为离散近似。
有限元法:将物理量储存在真实的网格节点上,将单元看成是有周边节点及其形函数构成的统一体;限体积法:往往将物理量储存在网格单元的中心点上,而将单元看成是围绕中心点的控制体积,或者在真实网格节点定义和储存物理量,而在节点周围构造控制体积(Fluent)。
有限差分法:将求解区域划分为差分网格,有有限个网格节点代替连续求解域,然后将偏微分方程的导数用差商代替,推导出含有离散点上有限个未知数的差分方程组。
然后求解方程组。
有限元法:将一个连续的求解域任意分成适当形状的许多微小单元,并于各小单元分片构造插值函数,然后根据极值原理,将问题的控制方程转化为所有单元上的有限元方程,把总体的极值作为个单元的极值之和,即将局部单元总体合成,形成嵌入了指定边界条件的代数方程组。
1、FLUENT采用的是有限体积法:将计算区域划分为网格,并使每个网格点周围有一个互不重复的控制体积,将待解微分方程对每一个控制体积积分,从而得出一组离散方程。
有限体积法中,插值函数只用于计算控制体积的积分,得出离散方程之后,便可以忘掉插值函数;如果需要的话,可以对微分方程中不同的项采用不同的插值函数。
2、常用的离散格式:在使用有限体积法建立离散方程式,很重要的一步是将控制体积界面上的物理量及其导数通过节点物理那个插值求出。
也就是说不同的插值方式对应着不同的离散结果,因此插方式又称为离散格式。
中心差格式:界面的物理量采用显性插值公式来计算。
特点:当P e<2时,中心差格式的计算结果与精确解基本吻合,但当P e>2时,中心差分格式就完全失去了物理意义了。
一阶迎风格式:一阶迎风格式在确定界面的物理量时则考虑了流动方向。
界面上未知量恒取上游节点的值(与中心差格式去上,下游节点算术平均值不同),并且具有一截截差,故称为一阶迎风格式。
特点:A、考虑了流动方向的影响,在任何条件下都不会引起解的震荡,绝对稳定。
B、简单的按界面流速大于或者小于零来确定其取值,但精确解表明界面上之值还是与Peclet数有关。
C、不管Peclet数的大小,扩散项永远按照中心差分计算。
当Peclet数太大时,界面的扩散作用接近于零,此时迎风格式夸大了扩散项的影响,故而应该格式在Peclet数太大情况下过高估计扩散值,不适用。
D、一阶迎风格式所生成的离散方程截差等级较低,虽然不会出现解的震荡,但是限制了解的精度,除非此采用相当细致的网格。
在解不出现震荡的参数下,相同网格的中心差分比一阶迎风格式误差小。
混合格式:综合了中心差分格式和迎风作用两方面的因素,规定了当Pelect 数小于2时,使用二阶精度的中心差分格式;而当Pelect 数大于2时,使用一阶精度但考虑方向的一阶迎风格式。
缺点是只具有一阶精度。
指数格式:将扩散和对流作用合在一起考虑,对于一位稳定问题,保证任何的Pelect 数以及任意数目的网格点均能得到精确解,但是二维或者三维的问题时以及源项不为零这种情况,这种方案部精确。
而且指数格式比较费时。
乘方格式:与指数格式相近的一种离散格式。
当Peclet 数超过10时,扩散项按零对待;当Peclet 数小于10时,单位面积上的通量按一多项式来计算。
他与指数格式精度接近,但比指数格式省时。
与混合格式具有类似性质,可以作为混合格式替代式。
注意:在FLUENT 中,称指数格式(exponential scheme )为乘方格式(power-law scheme )。
3、 假扩散与人工粘性对流-扩散方程中的一阶导数项(对流项)的离散格式的截断误差小于二阶而引起较大数值集散误差的现象称为假扩散。
因为这种离散格式截差的首项包含了二阶导数,使得计算结果中的扩散作用被认为的放大了,相当于引入了人工粘性或数值粘性。
流动方向与网格线呈倾斜交叉和建立离散格式时没有考虑到非常数的源项的影响也有可能因起假扩散。
现在都把这两种原因都归入假扩散名义下。
4、 空间的高阶离散格式二阶迎风格式:在一阶迎风格式的基础上考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率影响。
实际上只是对流项采用了二阶迎风格式,扩散项仍然是中心差分格式。
具有二阶精度。
QUICK (Quadraic Upwind Interpolation of Convective Kinematics )格式:对流项的QUICK 格式具有三阶精度,而扩散项的中心差分格式具有二阶精度。
对于与流动方向对齐的结构网格而言,QUICK 格式将可产生比二阶迎风格式更精确的计算结果,因此QUICK 格式常用于六面体(或二维问题中的四边形)网格。
对于其他类型网格,一般使用二阶迎风格式。
稳定条件为Pelect 数小于等于8/3。
对于QUICK 格式可能出现不稳定问题,采用改进型的QUICK 格式。
FLUENT 中采用广义QUICK 格式,]2)[1(][d W cu c P c u c u E d c c p d c c S S S S S S S S S S S S S φφθφφθφ+-++-++++= 当θ=1时,上式转化为二阶中心差分格式;当θ=0时,上式转化为二阶迎风格式;当θ=1/8时,上式转化为标准的QUICK 格式。
改进的QUICK 格式性能同标准QUICK 格式,只是不存在稳定性问题。
注意:以上的离散格式都是针对于对流项而言的,扩散项采用的是中心差分格式。
第二章、 基于SIMPLE 算法的流场数值计算:为了解决因为压力所带来的流场求解难题,人们提出了若干从控制方程中消去压力的方法,这类方法称为非原始变量法,这是因为求解未知量中不再包括原始未知量(u,v,p)中的压力项P。
分离式解法不是直接解联立方程组,而是顺序地、逐个地求解各变量代数方程组。
依据是否直接求解原始变量u、v、w和p,分离式解法分为原始变量法和非原始变量法。
常有的原始变量法包含的常见解法有压力泊松方程法,人为压缩法和压力修正法。
压力泊松方程法是采用对动量方程转变为泊松方程,然后对泊松方程进行求解。
人为压缩法主要是受可压缩气体可以通过联立求解速度分量和密度的方法来求解的启发的,这种方法要求时间步长较小,限制了它的广泛应用。
目前工程上最常见的方法是压力修正法。
压力修正法:给出压力场的初始猜测值,据此猜测出速度场,在求解根据连续方程导出的压力修正方程,对猜测的压力场合速度场进行修正。
1、SIMPLE算法:SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations),意味求解压力耦合方程组的半隐身方法。
SIMPLE算法的基本思想:对于给定的压力场(假定值,或者上次迭代结果),求解离散形式的动量方程,得出速度场。
由于压力场为假定的,所以速度场一般不满足连续方程,因此必须对给定的压力场加以修正(修正的原则是:与修正后的压力场相对应的速度场能满足这一迭代层次上的连续方程)。
据此原则,我们把由动量方程的离散形式所规定的压力与速度的关系代入连续方程的离散形式,从而得到压力修正方程,由压力修正方程得到压力修正值。
给定压力场把动量方程的离散形式所规定的压力与速度修正压力,并求解速度场将修正后的压力值当做给定压力场压力修正方程是动量方程和连续方程的派生物,不是基本方程,故其边界条件也与动量方程的边界条件相联系。
速度的欠松弛因子会影响压力修正方程。
对于不可压缩流体,我们关心的是流场中各点之间的压力差。
一般情况下,压力的绝对值要比流体计算域的压力差要高几个数量级,所以,如果采用绝对压力计算的话会产生很大的误差。
为了减少舍入误差,可以适当选择流域某点作为参考点,令该点为零,其他节点压力作为相对参照值的相对压力。
2、 SIMPLER 算法:SIMPLE 即为,SIMPL Revised 。
在SIMPLE 中,一开始就假定了一个速度分布,同时又独立的假定了一个压力分布,两者之间一步是不像协调的。
这就影响了迭代计算的收敛速度。
实际上,不比单独假定压力场,因为与假定的速度场相协调的压力场可以通过动量方程求出。
另外,SIMPLE 中对压力修正值采用欠松弛处理,而欠松弛因子难以确定,因而造成速度场的改进与压力场的改进不同步,影响收敛速度。
于是,Patanker 提出这样的想法:压力修正值只用来修正速度,压力场的改进则另谋更合适的方法。