Fluent的求解（一）——SIMPLE、SIMPLEC、PISO與Coupled算法

2016-12-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在Solution Methods設(shè)置中,使用Pressure-based求解器時,在求解時涉及到算法的問題,這里的算法一般有以下幾種:SIMPLE、SIMPLEC、PISO和Coupled。在FLUENT 6.3版本以前,這四種算法分為2類,即前3種稱為分離求解方法,第4種稱為耦合求解方法。下面對這幾種方法做簡要介紹。

SIMPLE算法是目前工程上應(yīng)用最為廣泛的一種流場計算方法,它屬于壓力修正法的一種。其原理這里不做詳細(xì)介紹,可參考關(guān)于計算流體力學(xué)的書籍。

SIMPLEC算法與SIMPLE算法的基本思路一致,僅在通量修正方法上有所改進,因而加快了計算的收斂速度。SIMPLEC算法為求解非復(fù)雜問題時比較好的選擇,使用SIMPLEC算法時,壓力耦合算法的欠松弛因子一般應(yīng)設(shè)為1.0,這樣能加快收斂。

SIMPLE算法與SIMPLEC算法在每個迭代步中得到的壓強場都不能完全滿足動量方程,因此需要反復(fù)迭代,直到收斂。

PISO算法針對SIMPLE算法中每個迭代步獲得的壓強場與動量方程偏離過大的問題,在每個迭代步增加了動量修正和網(wǎng)格畸變修正過程,因此雖然PISO算法的每個迭代步中的計算量大于SIMPLE算法和SIMPLEC算法,但是由于每個迭代步中獲得的壓強場更準(zhǔn)確,所以使得計算收斂得更快,也就是說獲得收斂解需要的迭代步數(shù)大大減少了。

Coupled算法同時求解連續(xù)方程、動量方程和能量方程。計算過程也需要經(jīng)過迭代才能收斂得出最終的解。

分離式求解方法以前主要用于從不可壓流動和微可壓流動,而耦合式求解器用于高速可壓流動。現(xiàn)在,兩種求解器都適用于從不可壓到高速可壓流動,但總的來講,當(dāng)計算高速可壓流動時,耦合式求解器比分離式求解器更有優(yōu)勢。

Non-Iterative Time Advancement

Non-Iterative Time Advancement(非迭代時間推進法)是專門針對非穩(wěn)態(tài)問題的一種方法,一般與PISO算法聯(lián)合使用,稱為瞬態(tài)問題的PISO算法。與穩(wěn)態(tài)問題的計算相區(qū)別,在瞬態(tài)計算的每個時間步內(nèi),利用PISO算法計算時不需要迭代。PISO算法的精度取決于時間步長,使用越小的時間步長,可取得越高的計算精度,當(dāng)步長比較小時,不進行迭代也可保證計算有足夠的精度。

FLUENT用戶手冊推薦,對于瞬態(tài)問題PISO算法有明顯的優(yōu)勢;而對于穩(wěn)態(tài)問題,可能選擇SIMPLE或SIMPLEC算法更為合適。

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