设置耦合法的参数

在这里,可以设置耦合法的模型和求解器参数。借助耦合法,可使用伪时间推进方法求解守恒方程组。

要设置耦合法的参数:
  1. 选择连续体 > [物理连续体] > 耦合流体节点,然后设置以下模型参数:
    • 离散化 — 用于为对流通量和扩散通量选择以下某个离散格式:
      • 二阶 — 这是默认值,适用于大多数情况。它是二阶精度的迎风对流格式,可有效平衡稳定性和精度。
      • 一阶 — 当高阶格式无法收敛或要在切换到高阶格式之前获得初始求解时,选择一阶迎风对流格式。
      • MUSCL 三阶/CD — 此格式是 MUSCL 三阶迎风格式与三阶中心差分重构格式之间的混合。与二阶格式相比,其改进(减少)了耗散。同时,它很稳定且能够模拟从不可压缩流态到高速可压缩流态的稳态流和非稳态流。

        可使用耦合流体 > 有界差分节点来设置迎风混合因子 — 迎风差分比例。默认值可为格式提供最大稳定性。原则上,减小此值可提高精度。但是,除非通晓有界差分的理论,否则不要更改此属性。默认值反映了精度和性能的优化。

      有关详细信息,请参见流体模型参考 — 属性查找

    • 积分 — 用于设置以下某个伪时间积分格式:
      • 隐式 — 如果相关现象的时间尺度属于以下任一情况,则设置此格式:
        • 阶数与对流和/或扩散过程相同(例如,涡流脱落)。
        • 与某个相对低频的外部激励相关(例如,随时间变化的边界条件或边界运动)。

        对于使用显式非稳态时间模型的模拟,此选项不可用。

      • 显式 — 如果非稳态时间尺度具有声学过程的阶数(例如,激波界面追踪),则设置此格式。

      有关详细信息,请参见(伪)时间推进方法

    • 耦合无粘性通量 — 对于涉及高超音速和/或极超音速流态(马赫数约为 3 及以上)的流,设置 AUSM+FVS 格式。

      有关详细信息,请参见无粘性通量的计算

  2. 根据所选时间模型,设置耦合法的求解器参数,如下所示:
    • 对于稳态时间模型,可使用根据指定库朗数 (CFL) 局部确定的最佳伪时间步,单独推进每个网格单元中的求解。

      根据在步骤 1 中选择的伪时间积分格式,可以使用以下某个过程来设置 CFL 数:

      积分 步骤
      隐式
      1. 选择求解器 > 隐式耦合节点,然后将 CFL 控制方法设为以下某个选项:
        • 自动 — 根据 AMG 求解器的收敛行为调整 CFL 数,以保持指定的目标循环数。这种方法的目的是寻求线性系统的成型成本和求解成本之间的平衡。

          这是默认选项,适用于大多数模拟。

        • 专家驱动程序 — 选择此选项可激活专家驱动程序,该驱动程序是稳态模拟的自动收敛控制工具。

        • 常数 — 选择此选项可使用隐式耦合 > 恒定 CFL 节点来指定恒定 CFL 数。默认库朗数为 50。
        • 线性跃升 — 选择此选项可将线性跃升应用于库朗数,以帮助求解收敛。

          要设置跃升,选择隐式耦合 > 线性跃升 CFL 节点,然后设置以下属性:

          • 目标 CFL
          • 初始 CFL
          • 开始迭代
          • 结束迭代

          示例:如果指定的 目标 CFL50初始 CFL1开始迭代100 并且结束迭代1000,则 Simcenter STAR-CCM+ 对 100 之前的迭代使用库朗数 1,对 1000 之后的迭代使用库朗数 50,且在 100 和 1000 次迭代之间使用呈线性增长的库朗数。

        有关详细信息,请参见耦合流动求解器参考 — 隐式耦合

      2. 要在质量平衡收敛较慢的情况下加快计算速度:
        1. 选择隐式耦合 > 收敛加速器节点,并将收敛加速器设为连续性收敛加速器 (CCA)。
        2. 选择收敛加速器 > 连续性收敛加速器节点,然后设置以下属性:
          • 亚松弛因子:调整此值可解决特定流问题。对于含刚性数值的较难问题,可以使用小于或等于 0.01 的值,使 CCA 能够平滑校正或减少连续性方程残差的余数。如果 CCA 亚松弛因子的值对于模型而言过大,则结果可能是求解振荡过强、收敛不足,甚至发散。在这些情况下,可将 CCA 亚松弛因子减小十倍并重启模拟。
          • 增强稳定处理:对于使用 CCA 显示较差收敛的隐式耦合求解器情况,激活此选项。

          有关详细信息,请参见收敛加速器耦合流动求解器参考 — 收敛加速器

      显式
      1. 选择求解器 > 显式耦合节点,然后将库朗数设为常数值。

        默认库朗数为 1。但是,对于稳态模拟,在残余平滑迭代设为 2 时,通常可使用值 2。

      2. 要帮助求解收敛,可以将线性跃升应用于库朗数:
        1. 选择显式耦合 > 库朗数跃升节点,然后将方法设为线性跃升
        2. 选择库朗数跃升 > 线性跃升节点,然后设置下列属性:
          • 开始迭代
          • 结束迭代
          • 初始值
          示例:如果指定的库朗数1开始迭代100结束迭代1000,且初始值0.1,则 Simcenter STAR-CCM+ 对 100 之前的迭代使用库朗数 0.1,对 1000 之后的迭代使用库朗数 1,且在 100 和 1000 次迭代之间使用呈线性增长的库朗数。

      有关详细信息,请参见耦合流动求解器参考 — 显式耦合

    • 对于隐式非稳态时间模型,可以指定 CFL 数和物理时间步长。在每个时间步,积分格式使用根据 CFL 数确定的最佳局部伪时间步推进内部迭代。

      要设置这些求解器参数:

      1. 根据所选伪时间积分格式,按针对稳态模拟所述,设置伪时间步的 CFL 数。
      2. 选择求解器 > 隐式非稳态节点,并设置下列属性:
        • 时间步 — 用于指定物理时间步长。时间步的选择是一项工程判断任务(与网格细化相同)。CFL 数是选择时间步长的有用指征:对于时间精确模拟,相关区中的平均对流库朗数应为 1.0。此值意味着流体每时间步移动约一个网格单元。
        • 时间离散 — 用于设置时间离散格式。默认值为一阶。要使用高精度时间离散,将此属性设为二阶。高精度离散格式通过使用更大时间步提供更快的非稳态求解,并且更加精确。但是,它们很难稳定,并且需要更注意网格质量。当消除了所有强初始瞬态时,如果必要,可从一阶格式开始,然后切换至二阶格式。
    • 对于显式非稳态时间模型,可以指定 CFL 数,但无需指定物理时间步长。

      瞬态模拟的显式时间步进对应于稳态模拟的显式伪时间步进格式。所选时间步是模型中所有流体网格单元的最小局部时间步,等于域中伪时间步的最小值。

      要设置时间步计算的 CFL 数,选择求解器 > 显式非稳态节点,然后按针对稳态模拟所述设置 CFL。

有关详细信息,请参见耦合流体准则 — 设置建议