开展CFXの正确姿势
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CFX计算CFD的一些经验与关键点
网格生成
- 注意先设定
ICEM软件的并行计算核心数； - 导入模型后，必须先进行模型修复；
- 定义必要的part后，将多余的几何元素删除干净；
- 结构化网格划分：
- block采用从外向内的方式进行：1）应该先充分分析几何形状的特点，设计合理的块划分方式；2）然后在整体上用切割工具，对原始块进行合理地切分；3）然后对需要进行O型切分或Y型切分的块进行切分；4）删除多余的块，然后进行关联和移动操作；
- 移动Block的顶点时，尽量避免单独移动一个顶点，尽量选取对齐的多个顶点同时移动，并善于使用移动顶点下方的Fix锁定轴功能；
- 移动/关联需采取从内向内外的方式，外部顶点或边线关联后，块内部的顶点或线应当及时移动到内部合理位置，以免以后看不清造成混乱；
- 尽量减少采用与三个视图轴均不平行的视角操作，尽量采用正对三个坐标轴的视图操作，并对应对齐的顶点时刻保持对齐状态。
湍流模型选取
稳态计算
0方程模型
- 快速求解其他湍流模型所需要的初始场；
- 不能用于最终结果求解；
层流模型(None)
- 低雷诺数层流（Re ≤ 2000)；
- 边界层无分离；
k-epsilon
- 大多数工程问题；
- 不适用于以下情况：边界层分离、平均应变率突变、旋转流动、流过弯曲表面；
SST k-omega
- 被设计用于准确模拟逆压梯度造成的边界层分离；
- 低雷诺数流动；
- 模拟转捩流动（应用 Transition Turbulance Model）；
- 如果存在边界层分离再附着，可使用Reattachment Modification Model；
注意，适用
SST模型需保证：
- y+ ≈ 1;
- 至少在边界层内设置10个点；
Explicit Algebraic 雷诺应力模型（EARSM）
- k-e 和 BSL 模型的扩展；
- 可捕捉二次流、流线弯曲、系统旋转；
BSL雷诺应力
- 适用于
k-epsiolon无法准确模拟的边界层分离流动；
SSG雷诺应力
- 强烈各向异性，比如旋转流动；
- 平均应变率存在突变的流动；
- 强烈的流线弯曲；
- 应变场复杂的流动；
- 二次流；
- 浮力流动；
SSG模型具有以下特性：
- 鲁棒性较弱，计算量大，对复杂流动难以应用；
- 收敛慢；
- 时间步长应相应缩短。
瞬态计算
LES （大涡模拟） 模型
LES不适用以下情况：
- 雷诺数 Re<5000;
- 需要给出全部尺度湍流细节的情况(此时需用直接数值模拟DNS)；
- 流动可能不稳定，存在大尺度剪切层摆动或涡脱落；
- 流动可能非定常，存在拟序结构（如：旋风）；
- 浮力流动，存在大的由底层加热（或由较轻的流体在较重的流体下面）所造成的不稳定区域；
- 已知使用传统RANS方法求解失败的流动（如：高度各向异性湍流）；
- 因存在小尺度过程，需对湍流结构进行良好展现的情况（如微观混合流动、化学反应流）；
- 需计算流动产生噪音的情况，尤其是重点考察宽频贡献；
- 其他需要流体波动信息的情况（波动应力、阵风等）；
- 任何你可以承受等待一周的时间来获取结果的情况。。（8-16核CPU）；
注意，LES有以下特点：
- 可以给出湍流结构的细节，如压力波动等
- 使用网格尺度来过滤湍流
- 需使用各向同性网格，最好使用四面体网格而不是六面体网格
- 求解精度和网格分辨率息息相关，其网格通常应划分到泰勒尺度以内
Detached Eddy Simulation（分离涡模拟）模型
- 非空气动力学构件绕流（建筑，桥梁等）；
- 交通工具绕流，存在大量的分离区（汽车，火车，卡车）；
- 产生噪音的物体外绕流（如汽车后视镜）；
- 存在大量分离的机翼失速绕流；
注意，分离涡模型有以下特点：
- 在边界层外采用RANS，在边界层分离区采用LES；
- 最大网格间距很重要：用于DES 限制器开关，网格需具有足够精度；
- 相较于RANS，计算密集程度超出一个数量级；
- 不可使用对称边界；
计算
模型
检查模型尺寸，如模型尺寸不符transform mesh到合适尺寸；
增加收敛可能性
- 打开双精度；
- 正确的边界条件设置：
-
鲁棒性最佳： 进口边界条件：速度/质量流量 出口边界条件：静压 入口总压是待预测的隐含变量。
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鲁棒性好： 进口边界条件：总压 出口边界条件：速度/质量流量 入口速度是计算结果的一部分。
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对初始猜测敏感： 进口边界条件：总压 出口边界条件：静压 质量流量是计算结果的一部分。
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非常不可靠： 进口边界条件：静压 出口边界条件：静压 非常不推荐的组合。入口总压级别和质量流量都是待预测的隐含变量（对系统是非常弱的约束）。
-
绝对不可使用： 出口边界条件：总压 流体流出总压指定的出口边界，是无条件不稳定的。
对于有超过两个入口或出口的流场，其他开口应该设定为Opening边界。这是因为这些其他边界流体既有可能> 流入，也有可能流出，流动方向应该是计算结果的一部分。
-
- 渐进式求解：
- 先计算一阶迎风格式，然后将结果作为初始值计算高精度格式；
- 湍流数值精度可以先进行一阶精度，再计算高精度；
- 入口速度渐进法： 如求解10m/s的入口速度结果，可以先设置1m/s入口速度，后逐步迭代计算；
- 模型渐进：在
Solver Control -> Advanced Option -> Turbulence Control中设置转换迭代数目为5（含义是在初始的几个计算步内使用 Zero-Equation Model，防止发散）； - 混合求解格式(Specified Blend Factor)下，从
0逐步提高混合比到1。（blendFactor为1时比High Resolution更精确，但鲁棒性更差）； - 跨声速问题：最难求解的区域是 Ma=1 附近区域。先降低入口流速设置为稍低值（全局亚声速），再把收敛解作为初始场，提高入口流速，求解最终结果；
求解器设置
- 计算步数设置为
100000，RMS设置为1e-5； - 如自动时间步长发散，可选用物理时间步长；
物理时间步长 = 1/3 * (特征长度 / 特征速度)
如出现“残差跳动”，则将时间步长÷4。如果多次仍跳动，考虑是否有非定常现象。
- 对于速度跨度比较大的流场模拟，可以设置局部时间尺度；
局部时间尺度模拟可以用于前期计算增加收敛可能性，但不能用于最终结果的计算。
- 固体域的时间步长，应该比流体域时间步长大得多，至少为流体域步长的
100~1000倍； - 输出控制中，设置合理的
backup interval，防止中途断电或发散导致工作丢失； - cfx-solver起动前，设置合理的并行核心数（最大核心数 - 1）；
- cfx-solver起动前，选取合理的初始化流场；
- 如果计算爆出孤立域错误(
isolated regions)，手动开启忽略孤立域检测项；具体操作：insert -> solver -> expert parameter -> convergence control -> check isolated regions -> t改为f。
