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行業資訊

影響cfd仿真精度的因素都有哪些?

發布時間:2022-01-07 16:29:28 人氣:867

  CFD軟件是一個黑盒子,利用CFD軟件解決工程問題,軟件使用者對于數據流向并不清楚,實際上對于非CFD專業的人事來說,也不必完全清楚CFD的內部運作方式,但如何有效的利用當前的軟件,如何*限度的發揮當前軟件的計算性能,將計算結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工程應用的人必須注意的。最需要注意的部分包括下面一些內容。

  一精度

  1. 算法導致的精度問題

  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,采用迎風格式比中心差分格式能更好的收斂,在擴散占優的流動中則相反。以FLUENT為例,其具有一階迎風格式與二階迎風格式、冪律格式、QUICK格式,以及三階MUSCL格式。通常一階迎風格式用于初步求解,較少用于最終計算結果的獲得;QUICK格式在結構網格中具有三階精度且收斂性較好,但是在非結構網格中只有二階精度;二階迎風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果產生本質影響。也就是說,不確切的邊界條件會導致不確切的計算結果,錯誤的邊界條件一定得不到正確的結果。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,責任不在軟件。當然,有時候受條件限制得不到邊界物理量,但軟件的使用者應當對自己輸入的邊界值負責。

  其實相比較固體有限元應力計算,流體邊界值難以測量也是導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、體積分數等物理量,這些量的測量都是對實驗人員的考驗。




  3. 網格

  網格是為計算所準備的,也許將來對NS方程的數值求解不再依賴于網格。由于網格的存在,導致數值計算永遠得不到真值。這里不去追究數學方程與真實世界的差異,只分辨數值計算結果與數學方程解的差別。在理論上,只有在計算網格大小為0的時候數值計算結果才等同于數學方程的解,但是大家都知道,網格大小為0是不可能的。同時由于計算機的精度限制,網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格數量的減小而不斷增加,同時,網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,但是不恰當的模型的確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,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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