Руководство по решению тепловых, сопряженных, гидрогазодинамических задач (1050672), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Установочные параметры алгоритма.FLOTRAN автоматически устанавливает значения параметров, подходящих для двухрассмотренных алгоритмов. Однако для решения некоторых задач, может потребоватьсядругая схема адвекции, решатель или другие значения факторов релаксации.10.2.1. Схема адвекции.Вы можете дискретизировать адвекцию посредством трех методов: Monotone StreamlineUpwind (MSU), Streamline Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG), или Collocated Galerkin (COLG).Задаваемые по умолчанию методы показаны в таблице.Уравнение переносаАлгоритм SIMPLEFАлгоритм SIMPLENИмпульсSUPGSUPG303Уравнение переносаАлгоритм SIMPLEFАлгоритм SIMPLENSUPGMSUДавлениеMSUMSUЭнергияSUPGSUPGКомпоненты смесиSUPGSUPGТурбулентность10.2.2. РешательДля алгоритма SIMPLEF по умолчанию задается решатель TDMA для уравненийтурбулентности и импульса.
Использование других решателей не увеличит скоростисходимости. Даже при получении по этим уравнениям точных решений, скоростьсходимости не будет улучшена. Это объясняется слабой связью между уравнениямиимпульса и давления.Для алгоритма SIMPLEN скорость сходимости может быть значительно увеличена приполучении более точного решения для каждого отдельного уравнения. Таким образом, приактивации алгоритма SIMPLEN, FLOTRAN автоматически устанавливает опцию решателяна использование метода PBCGM для решения уравнений импульса, турбулентности иэнергии. Также программа установит параметр временной замены для метода PBCGM в нольс целью улучшения эффективности вычисления.10.2.3.
Факторы релаксации.Вследствие нелинейной связи между уравнениями, для стабилизации процедуры решения,обычно необходима релаксация для “смягчения” изменений между глобальнымиитерациями. Опыт показывает, что факторы релаксации значения, которых превышают 0.5для степеней свободы скорости и давления зачастую вызывают нестабильность и несходимость решения задачи по алгоритму SIMPLEF. С другой стороны алгоритм SIMPLENобеспечивает более непротиворечивую связь между степенями свободы давления и скорости.При решении задач несжимаемого потока, SIMPLEN не использует релаксация дляуравнения давления, для уравнения импульса значение фактора релаксации приблизительноравно 1.0.
При решении задач сжимаемого потока, релаксация обычно необходима дляуравнения давления, для того чтобы получить сходящееся решение. Значение, используемоепо умолчанию в алгоритме SIMPLEF для таких степеней свободы решения, как давление искорость, равно 0.5. При активации алгоритма SIMPLEN, FLOTRAN автоматическивыставляет фактор релаксации в 1.0 для несжимаемого уравнения давления, 0.5 длясжимаемого уравнения давления и 0.8 для уравнения импульса.10.3. Эксплуатационные качестваВ нижеприведенной таблице представлены результаты расчета ламинарного потока вдвумерной каверне. Число Рейнольдса равняется 100 (определено по длине стороны каверныи скорости потока в верхней части).
Регулярная сетка состоит из 322 = 1024 элементов.Эксплуатационные качества SIMPLEF и SIMPLENSIMPLEFSIMPLEN0.50.80.90.950.980.99Количество итераций3251538166114176CPU (sec)12.97.24.03.35.78.9RELX304Для алгоритма SIMPLEN, суммарное число глобальных итераций и время вычисленияуменьшается при увеличении фактора релаксации (RELX) с 0.8 до 0.95. Если задать значениефактора релаксации выше 0.95, то это приведет к увеличению времени вычисления.Оптимальное значение для величины RELX составляет 0.95.
При этом значении факторарелаксации скорость сходимости при решении задачи методом SIMPLEN в четыре разавыше, чем при использовании алгоритма SIMPLEF.Использование более качественной конечно – элементной сетки, состоящей из 1282 = 16,384элементов, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики метода SIMPLEN. Призначении параметра RELX равном 0.99, время расчета задачи методом SIMPLEN в 40 разменьше, чем расчетное время при использовании метода SIMPLEF.SIMPLEN значительно улучшает скорость сходимости, если доминирует связь давления –скорости. Если на скорость сходимости влияют другие факторы, SIMPLEN значительно неувеличит скорость сходимости.
Однако для этих задач SIMPLEN обычно более устойчив,чем SIMPLEF и обеспечивает лучшую сходимость. Дополнительную информацию поотличиям этих методов смотрите в Wang G., "A fast and robust variant of the SIMPLE algorithmfor finite-element simulations of incompressible flows," Computational Fluid and Solid Mechanics,vol. 2, pp.
1014-1016, Elsevier, 2001.Ниже приведена программа, в которой используются рассмотренные алгоритмы. Текст завосклицательным знаком является комментарием./title, Lid driven cavity flow analysis using SIMPLEF/SIMPLEN algorithmsNDL = 32! Количество разбиений линииMU= 0.010! вязкость текучей средыRHO = 1.0L= 1.0sL= 1.0e-8Vel = 1.000niter = 10000/PREP7et,1,141esha,2rect,,L,,Llesi,all,,,NDLamesh,1alls! Установка граничных условийnsel,s,extd,all,vxd,all,vynsel,r,loc,y,L-sL,L+sLd,all,vx,veld,all,vyd,all,enke,-1allsd,1,PRESfinisave/SOLUflda,iter,exec,niterflda,nomi,visc,MUflda,nomi,dens,RHOflda,term,pres,1.e-6solvefini/delete,,rfl/SOLU! двумерная модель! прямоугольные элементы! Граничные условия на стенку! верх! алгоритм SIMPLEF! количество глобальных итераций! алгоритм SIMPLEN305flda,algr,segr,simplensolvefini/delete,,rfl/SOLUflda,relx,vx,0.9flda,relx,vy,0.9solvefini/delete,,rfl/SOLUflda,relx,vx,0.95flda,relx,vy,0.95solvefini/delete,,rfl/SOLUflda,relx,vx,0.98flda,relx,vy,0.98solvefini/delete,,rfl/SOLUflda,relx,vx,0.99flda,relx,vy,0.99solvefini306Глава 11.
Расчет течений многофазной жидкости11.1. Обзор возможностей расчета многофазных теченийВозможность учета многофазных течений позволяет вам одновременно производить расчетдля нескольких жидкостей при условии, что для потока жидкости решается одно уравнениеимпульса.Уравнение переноса решается для каждого компонента смеси.
В уравнении импульса могутбыть использованы свойства “основной” жидкости, смеси или свойства компонентов смеси.Примечание.В настоящее время не учитывается взаимное влияние компонентов смеси.Обработка результатов расчета многофазных течений должна производитьсяпосредством команд вместо GUI.11.2. Типы смеси.Вы можете выбрать три типа смеси: растворенная смесь, составная смесь и составная газоваясмесь. Свойства каждого типа смеси могут зависеть от температуры.11.2.1 Растворенные смеси.При анализе растворенных смесей, в поле течения прослеживаются маленькие массовыефракции компонентов смеси, и свойства компонентов значительно не влияют на полетечения. Устанавливаются свойства жидкости, и выполняется общий анализ, как прирешении любой другой задачи в программе FLOTRAN. Вы решаете уравнения переноса длякомпонентов, используя плотность и скорости из общего анализа.Если задача изотермическая или предполагается, что свойства не зависят от температуры, выможете получить полностью сходящееся решение поля течения перед активацией опциимногофазной жидкости.
Количество решаемых компонентов смеси является свойствомэлемента и соответственно выставляется через опции элемента. Соответствующий keyoptдолжен быть задан в течение фазы анализа PREP7. После задания типа элемента иколичества компонентов смеси, команды, связанные с компонентами, (например, MSSPEC)могут быть выполнены как из PREP7, так и из SOLUTION.
Однако меню компонент смесидоступны только из PREP7.Для активации многофазовой жидкости, выполните один из методов:Команда:FLDATA1,SOLU,SPEC,TGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Solution OptionsMain Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Solution Options11.2.2. Составные смеси.Анализ составной смеси вычисляет свойства, используемые в решении по линейнойкомбинации компонентов, взвешенных по массовой доле как функции пространства.Решение уравнения импульса зависит от распределения компонентов смеси, таким образом,транспортное уравнение и уравнение импульса связанны друг с другом в значительнойстепени.307Вы включаете массовые фракции компонентов посредством команды MSNOMF (не имеетGUI эквивалента) или (обычно для нестационарного анализа) одним из следующих методов:Команда:IC,Label,ValueGUI:Main Menu> Preprocessor> Loads> Analysis Type> Analysis OptionsMain Menu> Solution> Define Loads> Apply> Initial Condit'n> DefineСумма заданных массовых фракций должна быть равна 1.0.
Для активации опции составнойсмеси для отдельного свойства, выполните один из следующих вариантов:Команда:FLDATA7,PROT,Label,CMIXGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Fluid PropertiesMain Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Fluid Properties11.2.3. Составная газовая смесь.При расчете составной газовой смеси, плотность смеси вычисляется в каждом узле какфункция массовых долей и молекулярного веса газов:где:R универсальная газовая постоянная. Задать ее можно так:Команда:MSDATAGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Multiple Species• Mi молекулярный вес i – го компонента смеси, который устанавливается следующимобразом:Команда:MSSPECGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Multiple Species• N количество компонентов смеси.• P давление (PRES).• T абсолютная температура (TEMP).Для активации опции составной газовой смеси, воспользуйтесь одним из следующихметодов:Команда:FLDATA7,PROT,DENS,CGASGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Fluid Properties•Main Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Fluid Properties11.3.
Расчет многофазной жидкости.308Процедура анализа многофазной жидкости включает шесть шагов:1. Задание количества и имен моделируемых компонент.2. Выбор алгебраических компонент.3. Настройка формата вывода, если необходимо.4. Установка свойств.5. Установка граничных условий и номинальных массовых долей.6. Установка релаксации и параметров для решения уравнений переноса (еслинеобходимо).11.3.1. Установка количества компонент жидкостиДля задания количества компонент жидкости, используйте один из методов:Команда:KEYOPT,1,1,n (n = число компонент (минимально 2, не более 6))GUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Multiple SpeciesДля того, чтобы дать каждой из компонент жидкости свое имя, используйтевышеприведенный маршрут GUI или выполните следующую команду:Команда:MSSPECFLOTRAN использует эти имена для задания граничных условий и при построении графиковна стадии постобработки.
По умолчанию используются имена SP01, SP02 и так далее.11.3.2. Выбор алгебраических компонентУравнения переноса решают массовые доли каждого компонента. Вы должны выбрать вкачестве алгебраического компонента один из компонентов смеси, используя величину,которая устанавливается аргументом ALGEB или одним из следующих методов:Команда:MSDATAGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Multiple SpeciesУравнения переноса для алгебраических компонент не решаются, вместо этого вычисляетсяих концентрация как функция пространства. Это необходимо для поддержания суммымассовых долей равной 1.0.ПримечаниеКоманда MSDATA также устанавливает универсальную газовую постоянную.Каждое выполнение команды задает оба числа.11.3.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
