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影响cfd仿真精度的因素都有哪些?

发布时间:2022-01-07 16:29:28 人气:790

  CFD软件是一个黑盒子,利用CFD软件解决工程问题,软件使用者对于数据流向并不清楚,实际上对于非CFD专业的人事来说,也不必完全清楚CFD的内部运作方式,但如何有效的利用当前的软件,如何*限度的发挥当前软件的计算性能,将计算结果精度及可信度提高,仍然是非常重要的,也是每一个从事CFD工程应用的人必须注意的。最需要注意的部分包括下面一些内容。

  一精度

  1. 算法导致的精度问题

  一般来说,高阶算法的精度要高于低阶精度。但是收敛性却相反,采用高阶算法要比低阶算法收敛更困难一些。在一些高速流动情况中,采用迎风格式比中心差分格式能更好的收敛,在扩散占优的流动中则相反。以FLUENT为例,其具有一阶迎风格式与二阶迎风格式、幂律格式、QUICK格式,以及三阶MUSCL格式。通常一阶迎风格式用于初步求解,较少用于最终计算结果的获得;QUICK格式在结构网格中具有三阶精度且收敛性较好,但是在非结构网格中只有二阶精度;二阶迎风格式在实际工程中用得非常多;三阶MUSCL格式用得较少,收敛性不是很好。

  2. 边界条件

  边界条件会对计算结果产生本质影响。也就是说,不确切的边界条件会导致不确切的计算结果,错误的边界条件一定得不到正确的结果。在实际工程中,能做为边界位置的信息一定是确切的。换句话说,用户使用不确切的边界值,责任不在软件。当然,有时候受条件限制得不到边界物理量,但软件的使用者应当对自己输入的边界值负责。

  其实相比较固体有限元应力计算,流体边界值难以测量也是导致计算精度及可信度降低的原因之一。在固体计算中,边界值可以是力可以是位移,这些都是容易测量的量。但是在流体中,边界值常常是压力、速度、流量、体积分数等物理量,这些量的测量都是对实验人员的考验。




  3. 网格

  网格是为计算所准备的,也许将来对NS方程的数值求解不再依赖于网格。由于网格的存在,导致数值计算永远得不到真值。这里不去追究数学方程与真实世界的差异,只分辨数值计算结果与数学方程解的差别。在理论上,只有在计算网格大小为0的时候数值计算结果才等同于数学方程的解,但是大家都知道,网格大小为0是不可能的。同时由于计算机的精度限制,网格尺寸缩小会增加舍入误差,也就是说,计算精度并不是随着网格数量的减小而不断增加,同时,网格尺寸的减小会增加计算资源的消耗。在进行计算中,常常要进行网格独立性验证,也是避免做这类吃力不讨好的事情。

  4. 模型

  将模型放在精度这里其实是不太合适的,但是不恰当的模型的确会很大程度上影响到计算精度。例如FLUENT中的湍流模型有很多种,如零方程模型、一方程模型、双方程模型等等,不同的模型有其最合适的使用范围,如果使用不当,势必会造成计算精度下降。合理的选择计算模型,不止能提高计算精度,也能提高计算结果的可信度。但是要合理地选择模型,很大程度上依赖于使用者的理论功底和对问题的认识程度。



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