fluent：SIMPLE與SIMPLEC比較

2017-03-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在FLUENT中,可以使用標準SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默認是SIMPLE算法,但是對于許多問題如果使用SIMPLEC可能會得到更好的結果,尤其是可以應用增加的亞松馳迭代時,具體介紹如下:

對于相對簡單的問題(如:沒有附加模型激活的層流流動),其收斂性已經被壓力速度耦合所限制,你通常可以用SIMPLEC算法很快得到收斂解。在SIMPLEC中,壓力校正亞松馳因子通常設為1.0,它有助于收斂。但是,在有些問題中,將壓力校正松弛因子增加到1.0可能會導致不穩定。對于這種情況,你需要使用更為保守的亞松馳或者使用SIMPLE算法。對于包含湍流和/或附加物理模型的復雜流動,只要用壓力速度耦合做限制,SIMPLEC會提高收斂性。它通常是一種限制收斂性的附加模擬參數,在這種情況下,SIMPLE和SIMPLEC會給出相似的收斂速度。

[SIMPLES]SIMPLE算法中影響收斂和精度的最主要的兩個缺陷是:初始值u,v和p分別單獨給出,給的初值互不相關;在推導速度修正方程時,忽略了鄰點的影響,但是鄰點系數的影響并沒有從P點消去,從而造成了計算的不協調。針對這兩個缺陷,出現了SIMPLER和SIMPLEC方法。

按理說后兩種算法應該比SIMPLE算法的穩定性和收斂速度都快;但是在現在的商用程序中,如FLUENT,使用SIMPLE 和SIMPLEC算法,默認SIMPLE算法,據說魯棒性最好;CFX中使用SIMPLEC算法。

問題是,SIMPLEC算法有什么突出的優點么?SIMPLER有什么顯著的缺點么(除了要額外解一個壓力poisson方程,增加了計算量)?為什么FLUENT里面還用SIMPLE算法?

看了《數值傳熱學2》里面對三者的評價似乎是SIMPLER較好,SIMPLEC和SIMPLER差不多,SIMPLE較差。

[過路螞蟻]我覺得SIMPLE、SIMPLER、SIMPLEC這幾種算法大同小異,沒覺得哪個非常好,不過書上都說SIMPLEC好些。

[對月]偶覺得不必要討論這三種方法了,大同小異,選那種看具體情況。

在對流體流動!傳熱問題的求解中,以壓力修正的SIMPLE算法應用最廣。SIMPLE是Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations的簡稱,意思是解壓力耦合方程的半隱式法。SIMPLE算法的核心是在交錯網格上利用連續方程和動量方程構造了一個近似的壓力修正方程來計算壓力場并校正速度。SIMPLE算法在解決許多實際問題中發揮了大量的作用。但SIMPLE算法的收斂速度較慢,這是因為在SIMPLE算法中,壓力修正方程引入了過多的近似,并且必須引入欠松弛作為迭代過程的基本做法。為了克服SIMPLE算法的弱點,SIMPLE算法的一些改進型相繼出現,如SIMPLER、SIMPLEC、SIMPLEST等。

在SIMPLER算法中,沒有引入近似的壓力方程來求解壓力場,而是保留了壓力修正方程來修正速度。SIMPLER算法的收斂性較SIMPLE有很大改進,但包括了更多的計算量。

而SIMPLEC算法是使速度場的改進進程與壓力場的改進進程同步進行。對三維爐膛的實踐表明,SIMPLEC算法比SIMPLE算法收斂快得多,松弛因子可取得更大。

SIMPLE系列算法通用性強,能保證速度調節趨勢的正確性,但經常造成速度和壓力修正的不同步,其收斂速度常常難如人愿。

盡管針對SIMPLE系列算法的創新有很多,如PISO算法和SIMPLE-DATE算法等(其中最著名的是PISO算法),但目前在對爐內流場進行計算時,仍大多采用SIMPLE及其系列算法。

PISO(Pressure Implicit Split Operator)算法是用于非穩態可壓縮或不可壓縮流體流場中求解壓力速度耦合關系的一種算法。該算法主要是針對SIMPLE系列算法中動量方程和質量連續性方程修正不同步問題而提出的,其主要思路是在SIMPLE算法中壓力修正步過程后,再增加一速度修正步,以求迭代方程在顯式滿足質量守恒的同時,也隱式滿足動量守恒方程。[匡江紅流動與傳熱數值模型的發展現狀

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