Перейти к содержимому






Фотография - - - - -

Морская CFD [Ответы] часть 10

Автор: Nicos , 15 Октябрь 2017 · 222 просмотров

Изображение


ПРОДОЛЖИМ.

Неконформная сетка
Неконформные сетки могут потребоваться для очень сложных геометрических объектов. Это происходит, когда уровень детализации геометрии, таких объектов как силовой вал, кронштейны, а также систем стабилизации киля и крена, должен быть повышен. Эти детали геометрии часто требуются для анализа малых характеристик потока. Для этих типов сеток неконформные сетки могут быть более подходящими, если данные сетки не полностью соединяются. Для этих сеток алгоритм решения потока должен использовать специальное кодирование для интерполяции между не связанных сеток. Для некоторых методов эта интерполяционная схема может быть определена посредством «интерфейсов», где определяется метод интерполяции через граничные поверхности сетки, для других методов интерполяционная схема определяется формулой «перекрытия», в которой интерполяция определена через локальные объемные сетки. Для обоих схем интерполяции формальный порядок точности, вероятно, сократится, особенно при наличии больших различий между разрешением сетки и топологией. Однако этот подход может быть использован для значительного упрощения процесса генерации сетки, чтобы локально более качественные сетки были изготовлены вокруг различных геометрических компонентов и собранны вместе, чтобы сформировать полную сетку, используя схему интерполяции.
Неконформные сетки следует применять с осторожностью, например, на свободной поверхности потока на интерфейсах может наблюдаться нежелательное отражение или перекрытие волн, если схема интерполяции не в состоянии правильно решить изменения в сетке. Неконформные сетки также могут использовать разные типы сгенерированных сеток, например сетка для руля со скегом может быть построена с использованием призма / тетраэдрической сетки, встроенной внутри многоблочной сетки для корпуса.Коэффициент расширения и количество точек сетки в пограничном слое
Количество точек в пограничном слое определяется уровнем точности требующейся для выбранной модели турбулентности. Возле стены модель турбулентности разрешения ламинарного подслоя требуется как минимум 3 точки внутри него, что равно y+=2 и максимально допустимое расширение 1,5. В большинстве случаев Y + = 1 будет использоваться с коэффициентам расширения 1.2. Градиенты скорости в дальних областях меньше и поэтому функция стены имеет коэффициент расширения, равный 1,5 для грубых сеток. В тонких сетках, общее количество точек может быть очень большим, порядка 100, в то время как для грубых сеток меньше [достаточно 10].
Граничные условия
На границы Inlet накладываются граничные условия давление,скорость или свободная поверхность.
Также на границы, расположенные далеко от судна, устанавливается граничное условие свободный поток.
Условие outlet обычно моделируются с нолевой производной по скорости (нулевой тяги) и нулевым градиентом давления. Это условие требует притока из за границы, поэтому граница outlet должна быть достаточно далеко вниз по течению, чтобы гарантировать это на протяжении вычисления.
Дно можно рассматривать как дальнее поле, если моделируется глубокая вода.
В случае моделирования потока со свободной поверхностью, должны налагаться так называемые радиационные условия на выходе или на границах дальнего поля, чтобы предотвратить волновое отражение на границах.
Выбор временного шага
В явных решателях шаг времени выбирается для
удовлетворения условию CFL или для разрешения особенности поток.

Обычно условие CFL является более требовательным
чем требования к потоку. В неявных решателях временной
шаг определяется функциями потока.
- Для волн используйте как минимум 60 временных шагов за период,

для других периодических явлений используйте не менее 100 временных шагов
за период.

Для сложных нестационарных явлений, таких как
нестабильное обтекание транца, используйте как минимум 20
шагов за период, для максимальной частоты
решена.
- Для вращающихся винтов используйте как минимум 200
шагов за оборот.
- для стандартного псевдо прерывного сопротивления
вычислений, используйте Δt = 0,005-0,01 л / U.
выбор временного шага также будет зависеть от
сложность модели турбулентности. Для Рейнольдса
модели турбулентности напряжений более уместны
для использования Δt = 0,001 ~ 0,0025 L / U. Это также
требует большего количества итераций для получения
разумной конвергенции. В более неустойчивых проблемах,
как те, у которых низкий номер Фруда,
может потребоваться небольшой временной шаг.

Выбор критериев конвергенции.

Ряд критериев конвергенции должен быть
определен и рассмотрен для обеспечения надежной
сходимости решения.
Поначалу уровень конвергенции должен
оцениваться по остаткам
для уравнений массы и импульса. Остатки
указывают, насколько далеко данный пример
решение находится от идеального сохранения (баланса)
массы и импульса. Таким образом, остатки
для дискретизированного уравнения определяется как L1-Норма
дисбаланса между левой и
правой частями этого уравнения по всем вычислительным ячейкам. Обычно в определении
остаточная величина также масштабируется по эталонному значению.
Иногда используются L2-Norm и L∞-Norm
для определения остаточного.
Пользователям CFD не нужно беспокоиться о
определение остатков, поскольку они часто предопределены
разработчиками кода. Вместо этого внимание
следует обратить на выбор критериев конвергенции
. Рекомендованным критериями является «падение
масштабированных остатков по меньшей мере на три порядка
от их начальных значений ».

Выбор модели свободной поверхности.

В подходе к модели свободной поверхности есть две основные категории
. Первая - подход, связанный с интерфейсом
в котором сетка выровнена с
деформированной свободной поверхностью, а другая -
подход захвата интерфейса, в котором
форма поверхности определяется как изоповерхность.
Выбор модели свободной поверхности необходим, когда используется решатель потока, предлагающий оба захвата интерфейса и захвата моделей.
Трудности, при генерации сетки, можно избежать при подходе захвата интерфейса.
Кроме того, в случае большой деформации
свободной поверхности, такой как опрокидывание или
волны прерывания, должен использоваться метод захвата интерфейса .
Поскольку методы захвата
требует более точного разрешений сетки в
интерфейсной зоне, генерация сетки требует больше
внимания.

Выбор модели турбулентности.

Моделирование турбулентности было важной темой
исследования за последние десятилетие.
Было предложено несколько моделей, протестировано
и применяется, но не была разработана «универсальная» модель.
Таким образом, человек вынужден выбирать лучшую
модель из доступных для каждого конкретного приложения.
Большинство моделей турбулентности основано на
так называемая гипотеза Буссинеска, которая определяет
турбулентность или вихревую вязкость (в противоположность
к молекулярной вязкости).
Нулевое уравнение или алгебраические модели выражают
вихревую вязкость в терминах среднего расхода
переменных и средние градиенты потока без решения
любых дополнительных уравнений. Они вряд ли
когда-либо используются в гидродинамике судна.
Модели с одним уравнением решают одно дополнительное уравнение
(т. е. в дополнение к импульсу и
уравнению сохранения массы) для вихревой вязкости.
Регулярно встречаются в гидродинамике судна
являясь моделями Menter и SpalartAllmaras.
Модели двух уравнений решают два дополнительных
уравнения для вихревой вязкости, одно для
кинетической энергия турбулентности (k) и одно для ее
скорости диссипации (обычно ε или ω). Эти модели
показали, что они могут давать точные предсказания, в гидродинамике судна, особенно версии модели k-ω.
Важный класс моделей турбулентности,
основанные на гипотезе Буссинеска, являются
модели Reynoldsstress
Более поздняя разработка
, и версии
его. Вместо того, чтобы вводить eddyviscosity,
они направлены на решение уравнений для
шесть компонентов Рейнольдса напрямую. Следовательно, Reynoldsstress
модели более интенсивно вычисляются,
и часто менее легко сходятся, по сравнению
с моделями одного или двух уравнений. Однако,
они содержат больше физики и могут быть более
точными, чем модели с вихревой вязкостью.




Выбор числовой схемы
В большинстве промышленных CFD-кодов диффузия
членов в управляющих уравнениях дискретизированы
с использованием второго порядка
по умолчанию. Таким образом, пространственная точность
во многом определяется схема дискретизации,
используемой для конвективных условий.
Схема первого порядка (FOU), предлагаемая в
многих коммерческих CFD-кодах часто
по умолчанию, классно стабильна. Однако это
вводит неприемлемо большое количество
численной (ложной) диффузии - вот почему стабильность.
Поэтому ее следует вообще избегать.
Однако сама надежность FOU
схема может быть использована для запуска решения.
Например, первые 100 итераций
, в течение которых решение наиболее восприимчиво
к численной неустойчивости и расходимости)
может выполняться с использованием FOU.

РАСЧЕТ
Во время выполнения необходимо принять несколько решений:
a) Компрес должен быть таким, что-бы его хватило на построение сетки в 50000-200000 ячеек на процессор.
B) Чтобы максимизировать производительность, попробуйте распространить
нагрузка равномерно между узлами. Например,
если работаете в кластере Linux с 2 dualcore
процессорами (4 ядра) на узел, а ваш
случай требует 6 ядер, вы можете распределить свою нагрузку
в двух узлах с использованием конфигураций 4-2 или 3-3.

ПОСТОБРАБОТКА
Визуализация
Ряд участков должен быть использован для визуализации информации о том, что правильные настройки были использованы для каждого вычисления. Это должно включать:
- Контурные графики коэффициента давления,
коэффициента трения и y + поверхности геометрии.

- Контурные графики профилей пограничного слоя
вдоль геометрии корпуса.
- Контурные и векторные графики.
Разумные проверки должны проводиться,
чтобы эти графики были плавными и непрерывными.
В частности, должно быть оценено качество района с особо плохой сеткой, чтобы проверить, может ли решатель обрабатывать правильно сетки без возникновения нефизических артефактов.
Verification and Validation.
Процедура ITTC 7.5-03-01-01 уже
обеспечивает «методологию и процедуры оценки
неопределенности в результате моделирования ».

Пока все.

  • 0



Ноябрь 2017

П В С Ч П С В
  12345
6789101112
1314151617 18 19
20212223242526
27282930