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控制方程离散化方法和压力插值方法

(2015-01-21 19:41:00)
标签:

fluent

控制方程

对流扩散插值

伪扩散

分类: FLUENT

有限体积法的精髓就是:存储在单元中心的流场变量必须插值到控制体面上。

通过Gauss散度定理,对控制方程进行积分,将体积分转化为面积分,将对流与扩散项化成如下格式:

 

对流项的插值方法有:
  1. First-Order Upwind - 易收敛,一阶精度,可能引起伪扩散
  2. Second-Order Upwind - 尤其适用于流动和网格方向不一致的三角形/四面体网格,二阶精度,收敛慢,减轻伪扩散。
  3. Power Law - 对低雷诺数流动(Recell<5)比一阶格式精确。
  4. Monotone Upstream-Centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL) - 对非结构网格,局部三阶精度,对旋转涡,二次流,力等的预测更加准确。
  5. Quadratic Upwind Interpolation (QUICK) - 使用于四边形/六面体以及混合网格,对旋转流动有用,在均匀网格上能达到三阶精度。可以减轻伪扩散。

http://s7/mw690/002z24Vaty6Pmi1Ogqqe6&690

为了得到扩散通量,速度导数,以及高阶离散格式,都要求解变量的梯度,梯度的插值方法有如下几种:

  • 单元中心的变量梯度可由以下方法得到:

- Green-Gauss Cell-Based - 可能会引起伪扩散(单元基)

- Green-Gauss Node-Based - 更精确,更少伪扩散,建议对三角形/四面体网格使用。

- Least-Squares Cell-Based - 建议对多面体网格使用,精度和属性同node-based.

  • 单元面上的变量梯度由多级泰勒级数展开来求(扩散项常用中心差分格式来求)。

 在动量方程有压力梯度项。因此需要对面上的压力插值。

使用分离式算法时,压力插值方法有:

- Standard - 对于近边界的沿面法向存在大压力梯度流动,精度下降。如果存在压力突变(压力梯度很大),建议使用PRESTO!)

- PRESTO! - 用于高度旋流,包括压力梯度突变(风扇模型等), 或者计算域存在大曲率的面。

- Second Order - 用于可压缩流。

- Body Force Weighted - 用于大体积力的情况。如高瑞利数自然对流,或者高旋流。

 

 http://www/uc/myshow/blog/misc/gif/E___7475ZH00SIGG.gif 高旋流的压力梯度一般都很大,采用PRESTO!

 

压力速度耦合:压力基求解器通过连续性方程和动量方程导出压力修正方程。

FLUENT中的4中耦合方式:

- SIMPLE - 默认算法,稳健性好,

- SIMPLEC - 对简单问题,比SIMPLE 收敛更快。如层流

- PISO - 对非稳态问题或高扭曲度网格适用

- FSM - 对非稳态问题适用,和NITA合用,类似于PISO

 

 

 

 

 

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