2016年離散相參數設置超級詳細版

2017-01-15 by:CAE仿真在線來源:互聯網

2016年離散相參數設置超級詳細版

一、耦合和非耦合

離散相計算分為兩種,耦合和非耦合,也就是市面說的雙項耦合(耦合)和單項耦合(非耦合)。這種說法其實是不準確的,還是按照fluent 官方文件的用法叫做Uncoupledvs. Coupled DPM 耦合和非耦合

1非耦合 Uncoupled DPM

這種最簡單,它的意思是你的連續相(也就是流場)計算可以是steady(定常/穩態流場)也可以是unsteady(非定常/瞬態/transient)。這兩種連續相的流場中離散相計算都可以用非耦合粒子計算。非耦合的意思是什么呢?就是你先要把連續相流場計算好了之后,就是計算收斂之后。進行數據后處理時候。把離散相打開,按照下面的圖流程去操作,前提是流場已經收斂了,

圖一打開離散相為On 這一步大家都會吧

圖二因為是非耦合 這一步只需要設置 紅方框里面的這些選項即可上面的其他都不要設置

圖三省略就是設置上圖的

設置好了之后直接去后處理就行了,后處理時候fluent會默認幫你算了DPM,是,當你顯示軌跡的時候,fluent里面會顯示類似下圖的文字。。。

到這里非耦合計算就講完了。非耦合計算原理是不考慮離散相對連續相的影響,就是離散相的動量、質量、溫度等信息不會反饋給流場,因為你流場事先已經計算收斂了,不能變了,當你開DPM時候,就是通過流場的信息計算DPM了。他是流場產生DPM場的概念。

2 耦合計算Coupled DPM

耦合計算相對復雜,不過也是大家做科研都需要用的,我想上面的那種非耦合基本沒人用。耦合計算就是DPM和Fluid流場計算是同時進行的。但是一個重要誤區是,網上說這種計算是計算流場前先把DPM設置參數都設置好再算,其實是錯誤的,因為Fluent 官方文件是說先把流場計算有個初始結果后再開DPM共同計算然后進入最后的收斂狀態。順序就是先計算流場計算收斂,然后開DPM,然后再繼續計算到共同收斂。

首先你把連續相流場計算收斂了。然后按下圖開DPM設置

圖一打開離散相為On 這一步大家都會吧

圖二開DPM 這時候紅色方框里面的是必須設置選項!!!

圖三還是設置Injection 就是粒子的速度 數量 等信息。

到這里已經設置完耦合計算的參數,這時候就可以計算了,耦合計算的原理就是流場計算一會,離散相計算一會,這兩次的數據有交換,離散相對連續相的動量 mass 溫度等信息都會改變,流場計算也會改變離散相粒子的物理信息。

二、steady和unsteady 粒子追蹤

離散相粒子的追蹤方式有兩種,是steady追蹤和unsteady追蹤。也就是市面上說的穩態追蹤(steady)和非穩態追蹤(unsteady)。這個市面上解釋的還算靠譜,我簡要說下

1 steady追蹤

Steady追蹤離散相從射入口起始位置開始計算,他是根據你設置的連續相流場迭代步間隔開始計算一次。等到計算結束,離散相也終止了計算,但是你要保證整個計算結束后離散相的軌跡計算已經推進到流場的末端才行。

即必須選擇 Interactionwith ContinuousPhase 選項,并指定大于0的 Number of Continuous Phase Iterations Per DPMIteration 值。顆粒軌跡追蹤方式為,每隔此連續相迭代步數, DPM 求解器對每個顆粒進行一輪包含一步或多步的軌跡計算。每一步, DPM 求解器計算顆粒從當前狀態(位置、速度、尺寸、溫度等)起在積分時間(即一個顆粒時間步長)內的運動軌跡以及動量、質量和能量損益,并得到更新的顆粒狀態。同時,在每一個顆粒時間步噴射一次顆粒。一輪軌跡計算得到的分散相顆粒的動量、質量和能量損益將在下一個連續相迭代步計入連續相源項。積分時間步長和每一輪的步數由用戶給定。這樣,隨著連續相迭代的進行,顆粒將逐輪、逐步地向前推進。

2 unsteady 追蹤

如圖所示,unsteady追蹤就是開下圖的紅方框設置。

如圖所示,unsteady追蹤就是圖的紅方框設置。

設置完上面后你還需要設置顆粒釋放 start time 和stoptime

初學者很容易忽略start time 和stoptime 的設置!!一定要切記設置!

離散相-Fluent 學術交流企鵝群: 離散相-DPM-fluent

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解釋:

1、流體相(連續相)每次迭代20步,開始進行離散相的計算

2、Particletime steps為0.001s代表,顆粒相每0.001s追蹤一次,但是,在開始計算階段,粒子一邊釋放一邊追蹤,釋放完成后也在追蹤

3、Numberof time steps代表每次追蹤的步數,當然,開始階段是在不斷釋放顆粒,你會看到顆粒數不斷增加。

4、starttime代表開始釋放粒子的時刻,認為應在在流體流完整個流道再開始注射,流體流過模型的長度L除以速度V,即Start=L/V合適。

我再次解釋一下,unsteady追蹤參數的原理,想必大家還是不太清楚,市面上的解釋會讓家看的頭大!

主要是這幾個參數的關系:

這個參數代表連續相迭代20步開始執行離散相的非穩態追蹤,至于離散相是怎么具體計算的追蹤的,要看參數B和C

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Particle Time step size代表粒子從start time(見下面參數C)開始注入流場,每隔0.05s注射一次,比如start time=0.001s, 每次注射224個粒子的話,那么0.001s開始注入第一個224個粒子,0.051s注入第二個224個粒子,0.101s注入第三個224個粒子,是隔著時間步不斷注入粒子的過程,每次注射后的粒子都在計算,都在向前推進,都在向前運動。

舉例如下:

如果Number of Time steps 設置為1 ,那么開始執行計算n個迭代步步后可以看到粒子如下,當前迭代步是1940,紅框總追蹤到13440個粒子,那么下一個時間步繼續看下圖。

那么下一個時間步繼續看下圖。

那么下一個時間步繼續看下圖。

那么這個圖和上個圖的區別大家看到了嗎,當前迭代步是1960步,上張圖是1940,經過了20個迭代步,這個20就是參數最上面提到的參數A。現在紅框粒子數量變成了13664個。

13664-13440=224個,因為每次入口都是注入224個粒子,224是我設置的入口粒子group注入,group注入方式是根據入口截面網格密度而定的顆粒數量。

那么現在繼續舉例,將上面的參數,Number of Time steps 設置為5,注意了,這次變為5了。

現在紅色方框大家看到了,每經過20個連續流場的迭代步后,顆粒一次性注入5次,每次224個,數量不斷疊加增大。每次注射的同時,先前注射的粒子一直在進行著向前推進的運動計算。

現在解釋Particle Time step size=0.05s的意思。大家明白了嗎?其實很容易理解了,拿上面的粒子看,我們每20步釋放一次顆粒,只要顆粒釋放了就在計算推進軌跡,新加入的新計算,先前的一直在計算。那么這個0.05s的時間間隔是什么意思呢?就是每20個迭代步顆粒前進0.05s,而先前注入的粒子前進了當前總迭代步數除以20個0.05s,比如上圖,當前迭代步是1980步,那么start time=0.001s開始注入的粒子前進了1980/20*0.05s=4.95s了。后面的粒子分別前進了4.90s 4.85s 4.80s ……0.05s,是這樣的規律,但是粒子跑完整個流場有個總的時間跨度,所以需要設置下面的參數C start time 和stop time.

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現在介紹參數C。strat time就是顆粒開始釋放的時間,是人為規定的。你隨便定義就好。還是拿上面粒子20迭代步舉例。比如設置start time 為0.001s, 那么,你設置好DPM第一次執行計算時候,流場迭代了20步后,粒子開始釋放,這個第一次釋放的時刻就是0.001s,同理,如果你設置start time 為1s,你設置好DPM第一次執行計算時候,流場迭代了20步后,粒子開始釋放,這個第一次釋放的時刻就是1s。所以start time是一個參考值,不具有意義,意義是stop time和start time的時間差。現在我們解釋這個時間差具體迭代總步數的關系。還是上圖的粒子。如果start time 設置為0.001s,stop time 設置為0.5s,那么時間差是0.5s-0.001s=0.499s. 這個時間跨度是0.499s,我們的粒子是每隔20隔迭代步釋放一次,為了保證我們最初的粒子是走完了整個流場,那么你需要多少個20隔迭代步數呢?答案很明顯了。那就是0.499s/0.05s*20大約等于200.那么下圖的紅方框的總迭代步數至少大于200.

到此,就講完了上面三個參數ABC和總計算的迭代步數的關系。

這里需要提醒大家一下的是,粒子跑完整個流場大約需要多長時間呢?這個需要你自己估計。比如你的模型是一個圓管從一端注入粒子,粒子注入速度是1m/S,圓管長度是1m,那么你的粒子大約1s就可以跑完整個流場。這時候你的stop time和start time的時間差值至少要大于1s才能保證跑完全程,比如你可以設置strat time =0s,stop time=1.5s ,這時候差值是1.5s>1s 就可以保證跑完全程了。這時候如果迭代步設置為20步間隔進行一次離散相注入的話,如果Particle Time step size設置為0.05s間隔的話,那么總的迭代步數至少是1.5s/0.05*20大約600步,迭代步下圖紅框你至少要大于600。

到此,這些參數的介紹就完畢了。

下面補充一下,你怎么知道粒子是否真的跑夠了stop time呢?就是說如果stop time 設置的是0.5s,我們怎么確認start time 時刻注入的粒子跑夠了0.5s呢?其實很簡單,當你看到下圖紅方框,粒子追蹤總個數不再變化就說明跑完了,因為你沒注入一次粒子就會增加一次,當粒子總數量不再變化時候,就說明粒子運動時間夠了stop time,這時候就不再注入粒子了,這時候就意味這粒子軌跡還在計算,但是不再新注入新顆粒了。等待計算結束后處理即可。