FLUENT培训教材09瞬态问题

1、ANSYS FLUENT 培训教材 第九节：瞬态问题,安世亚太科技（北京）有限公司,动机,自然界几乎所有流动都是瞬态的 下列情况可以近似为稳态: 忽略瞬态的脉动 引入整体的时间平均来消除瞬态影响 CFD中使用稳态方法的好处是 更少的计算资源 更容易后处理和分析 许多应用要求使用瞬态求解: 气动（飞机、机车等） 涡脱落 旋转机械 动静干涉，失速，喘振, 多相流 自由液面，气泡动力学 变形域 内燃机燃烧，投放 瞬态换热 瞬态加热或冷却 .,瞬态流动的根源,自然发生的瞬态流动 由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动 例如：自然对流，湍流涡，流动波（重力波、激波） 强迫瞬态流动 时间平

2、均的边界条件，源项引起的瞬态流动 例子：喷嘴的脉冲，旋转机械的动静干涉,Kelvin-Helmholtz Cloud Instability,Buoyant Box Falling Into a Pool of Water,瞬态CFD分析,模拟指定时间内的瞬态流场 可以通过以下方法求解: 稳态解 流场不再随时间变化 时间周期解 流场形态随时间脉动重复出现 目标可以简化为分析预定时间间隔的流动 自由表面流 移动的激波 等等 抽取关心的变量 特征频率 （如：斯德鲁哈尔数） 时间平均或/RMS值 时间相关的参数（如，热固体的冷却时间，污染物的停留时间） 特殊数据（快速傅立叶变换）,瞬态流动模拟流程,

3、激活瞬态求解器 设置物理模型和边界条件 允许设置瞬态边界条件UDF 或分布文件 指定初场 最好用有物理意义的初场，如稳态流场 求解器设置，监测设置 设置动画和数据输出选择 选择时间步和最大迭代次数 设定时间步数 计算,激活瞬态求解器,在 General 菜单下选择Transient 按钮: 开始执行迭代前，需要设置附加的控制 求解器设置 动画 数据输出 /自动保存选项,选择瞬态时间步长,在Run Calculation菜单中设置时间步长， t t 必须小到能解析和时间相关的特征。确定每个时间步的最大迭代步内能收敛 时间步大致可按照下面公式估计: 也可以选择能解析流动特征的时间步（在指定脉动周期

4、的情况下） 指定零时间步时迭代，求解器会仅仅在当前时间步下收敛 对许多瞬态流动，PISO格式有助于加速收敛,瞬态模型选择,自适应时间步长 基于局部截断误差自动调整时间步长 可以通过 UDF指定 时间平均的统计 在使用 LES 时需要使用 在使用密度基求解器时，Courant 数定义了: 密度基显式求解器的全局时间步长 密度基隐式求解器的伪时间步长 真实时间步长仍然必须在迭代面板中定义,瞬态流动模型 动画,必须在计算前设置动画 动画帧在计算中写出并存储,创建动画的其他方法,另外一个创建动画的方法是利用Execute Commands 可以通过文本命令或宏定义在预定的迭代步或时间间隔，执行哪些操作

5、 这种方法在创建高质量的动画结果时有用 定义生成动画帧（云图、矢量图等）并存储文件的命令. 利用第三方软件把这些文件链接成动画文件(AVI, MPG, GIF, 等),执行迭代,最通常的时间推进格式是迭代格式 求解器在当前时间步收敛然后推进到下一个时间步 当Max Iterations/Time Step 达到时，或者收敛标准满足时，时间推进到下一步 各时间步依次收敛直至达到总时间步 必须定义初始化 设置流体域的初始质量和流场的初始状态 非迭代时间推进法 (NITA) 可以用于更快速的计算时间,收敛行为,瞬态计算的残差图不一定能说明收敛 下图显示了简单问题的瞬态计算残差图 时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级 这将确保瞬态行为被解析,瞬态模拟的技巧,压力-速度耦合采用 PISO 格式，比标准SIMPLE 格式更易收敛 选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级 每个时间步的迭代次数大约20次，减少时间步长比增加每步的迭代次数要好。 记