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湍流模拟|02 不确定性处理

内容纲要

如果面临新的应用,谨慎的做法是确保拟使用的湍流模型已经针对此类流动(或至少是观察到的基础流动特性)进行了验证。理想情况下应首先对有实验数据的类似流动进行验证研究,并优化CFD设置:

1、几何

  1. 尽可能准确地表示几何形状。对几何形状进行的小的简化有时会对计算结果产生很大的影响。
  2. 避免计算区域过于紧凑。尽量将流动入口放在流动信息明确的区域,并避免将出口放置在具有强非平衡流动动力学区域,尤其是存在分离/回流的区域。

2、计算条件

  1. 设置正确的材料介质属性。如介质密度、粘度等。
  2. 确保正确地表示了流动物理现象(旋转系统,多孔介质等)。

3、优化计算网格

  1. 选择最优的网格拓扑。
  2. 确保壁面边界层具有足够精细的分辨率。
  3. 在逐步细化的网格上进行模拟,直到计算结果不再改变。

4、边界条件

  1. 尽可能匹配实验/应用的边界条件。
  2. 避免计算域出口处存在回流。通常可以通过在该区域收缩域来加速出口流动,以避免回流。

5、数值方法

  1. 决定使用稳态还是非稳态设置。
  2. 如果可能,使用二阶数值方法,这也适用于湍流方程。
  3. 不要使用小的亚松弛因子(URF)。小的亚松弛因子会减慢收敛。最优URF是收敛速度和稳健性之间的平衡。默认值往往偏向于更加稳健。

6、湍流模型

  1. 比较不同的湍流模型或修改GEKO模型系数,并确定流动是否对模型变化敏感。

  2. 选择最适合应用场景的模型/系数 - 或与手头的验证案例最匹配的模型/系数。

  3. 如果有实验数据做参照,可以优化GEKO系数。

  4. 决定是否需激活额外的模型项

    • 曲率修正(Curvature Correction)。
    • 角修正(Corner Correction)。
    • 粗糙壁面(Rough walls)。
    • 浮力(Buoyancy)。
    • ……
  5. 以自动化/脚本化的方式运行案例,以避免在设置和后处理过程中出现用户错误。

  6. 通过改变这些参数,测试计算结果对上述假设的敏感性。

上面所概述的流程并不能在所有的工业CFD项目中都遵循。然而,回忆一下最优流程会是什么样子,并意识到所走的任何捷径是有帮助的。经验表明,许多CFD误差是由于非优化的参数设置和网格所导致,而并非湍流模型缺陷。最常见的错误来源是网格分辨率不足或计算未收敛。


(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《湍流模拟|02 不确定性处理》
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