Computational Fluid Dynamics (CFD) Blog - LEAP Australien - Neuseeland, Tipps - Tricks Convergence

Home "Tipps - Tricks" Tipps # 038; Tricks: Konvergenz und Mesh Independence Study

Konvergenz ist etwas, das alle CFD-Ingenieure sprechen, aber wir müssen bedenken, dass die Art, wie wir in der Regel Konvergenz definieren (um Restwerte suchen) ist nur ein kleiner Teil der sicherstellt, dass wir eine gültige Lösung. Für eine Steady-State-Simulation müssen wir sicherstellen, dass die Lösung die folgenden drei Bedingungen erfüllt:

- Residual RMS Fehlerwerte auf einen akzeptablen Wert reduziert (typischerweise 10 -4 oder 10 -5)

- Überwachungspunkte für unsere Werte von Interesse haben eine stetige Lösung erreicht

- Die Domain hat Ungleichgewichte von weniger als 1%.

RMS Restfehlerwerte

Beispiel für Überwachung eines Wertes von Interesse

In der Regel müssen wir, dass vor Beginn einer Simulation stellen wir sicher, klar zu definieren, was unsere Werte von Interesse sind, und wir stellen sicher, dass wir diese überwachen, um sicherzustellen, dass sie einen stabilen Zustand zu erreichen. Wie bereits hervorgehoben, müssen wir auch sicherstellen, dass die Rest RMS Fehlerwerte zu mindestens 10 -4 sind. Schließlich müssen wir sicherstellen, dass die Gesamt Ungleichgewicht in der Domäne ist weniger als 1% für alle Variablen.

Ungleichgewichten in der Domain

MESH INDEPENDENCE STUDIE

Der Ansatz obigen Ergebnisse in einer einzigen Lösung für die gegebene Masche skizzierte, die wir verwendet haben. Auch wenn wir glücklich sind, dass diese „konvergente“ wird basierend auf RMS Fehlerwerten, Überwachungspunkte und Ungleichgewichte, müssen wir sicherstellen, dass die Lösung auch die Netzauflösung unabhängig ist. Nicht diese Überprüfung ist eine häufige Ursache für fehlerhafte Ergebnisse in CFD, und dieser Prozess sollte zumindest für jede Art von einmal sein Problem durchgeführt, die Sie beschäftigen, so dass das nächste Mal ein ähnliches Problem ergibt sich, Sie die gleiche Masche Schlichte anwenden können. Auf diese Weise werden Sie mehr Vertrauen in Ihre Ergebnisse haben.

Die Art, wie wir eine Netzunabhängigkeit Studie durchzuführen ist ziemlich geradlinig.

Führen Sie die anfängliche Simulation auf Ihre erste Masche und gewährleisten Konvergenz von Restfehler auf 10 -4. Überwachungspunkte sind stabil und Ungleichgewichten unter 1%. Wenn nicht das Netz, und wiederholen Sie verfeinern.

Sobald Sie die Konvergenzkriterien oben für die erste Simulation getroffen haben, verfeinern das Netz global, so dass Sie feinere Zellen in der Domäne haben. Im Allgemeinen würden wir etwa das 1,5-fache der ursprünglichen Maschenweite Ziel.

Führen Sie die Simulation und stellen Sie sicher, dass der Restfehler unter 10 -4 fällt. dass die Monitorpunkte sind stabil, und dass die Ungleichgewichte unter 1% liegen.

An dieser Stelle müssen Sie die Monitorpunktwerte aus Schritt 2 gegen die Werte von Schritt vergleichen 1. Wenn sie die gleiche (innerhalb der eigenen zulässigen Toleranz), dann das Netz bei Schritt 1 war genau genug, um das Ergebnis zu erfassen.

Wenn der Wert in Schritt 2 nicht innerhalb akzeptabler Werte der Stufe 1 Ergebnis, dann bedeutet dies, dass Ihre Lösung aufgrund Ihrer Netzauflösung ändert, und daher ist die Lösung noch nicht unabhängig von der Masche. In diesem Fall müssen Sie verschieben Schritt 3 fort.

Weil Ihre Lösung mit der Verfeinerung der Gitter zu ändern, haben Sie noch nicht erreicht ein Netz unabhängige Lösung. Sie müssen das Netz mehr, und wiederholen Sie den Vorgang weiter zu verfeinern, bis Sie eine Lösung, die von dem Netz unabhängig ist. Sie sollten dann immer die kleinste Masche, die Ihnen diese Masche unabhängige Lösung gibt (Ihre Simulationslaufzeit zu reduzieren).

Der beste Weg für eine Mesh-unabhängige Lösung zu überprüfen ist eine grafische Darstellung des resultierenden Überwachungswertes vs der Anzahl der Zellen in der Simulation plotten. Dies wird unten dargestellt, wo wir drei Ergebnisse aus unseren stetigen Überwachungspunkten für die durchschnittliche Temperatur an einem Auslass haben.

Wir können mit 4 Millionen Zellen sehen, dass wir ein Ergebnis haben, die „konvergenten“ für diese bestimmte Masche werden könnte, mit 10 -4 Residuen und Ungleichgewichte unter 1%. Durch die Erhöhung auf 6 Millionen Zellen, die die Netzauflösung, können wir sehen, dass es ein Sprung im Wert von Interesse hat, die nicht in meinem Benutzer spezifizierte Toleranz ist (in diesem Beispiel werde ich sagen +/- 0,5 Grad).

Durch die Erhöhung des Maschenweite weiter können wir sehen, dass die 8.000.000 Zelle Simulationsergebnisse in einem Wert, der in meinem akzeptablen Bereich liegt. Dies zeigt, dass wir eine Lösung Wert erreicht haben, die unabhängig von der Netzauflösung ist, und für die weitere Analyse können wir den 6.000.000 Zelle Fall verwenden, da es uns ein Ergebnis innerhalb der benutzerdefinierten Toleranz geben.

Beispiel für Mesh-Unabhängigkeit Studie

In den nächsten Blogs werden wir beginnen, die Bedeutung der Turbulenz Modellauswahl zu diskutieren.

Ich versuche, mein Modell (Geometrie), wo zu optimieren; zum Beispiel werde ich das Einlassdurchmesser oft ändern und ich werde indepenance Studie für jedes Einlassdurchmesser do ineinander greifen. Meine Frage ist, wie ich die Anzahl der Simulationen reduzieren netzunabhängige Lösung zu erreichen? Auf anderen Worten kann ich führen nur eine Masche independance Studie, wenn ich nur meine maximalen Einlassdurchmesser verwenden und für den Rest des Einlassdurchmesserwerte kann ich die gleiche Anzahl von Elementen für sie verwenden.
Wenn nicht, gibt es eine Möglichkeit, Mesh indepenance Studie schneller bei Geometrieoptimierung durchzuführen?
Ich bin auf der Suche so schnell wie möglich von Ihnen zu hören.
CFX Benutzer

LEAP-Support-Team

Vielen Dank für Ihre Frage.

Mit Ihrem Fall betrifft, wie bei jedem CFD Fall kann es schwierig sein, sie gehen Sie nach rechts zuerst zu erhalten. Man braucht wirklich eine gute Vorstellung von der Strömung, die Sie erwarten zu sehen. Wenn die Änderungen im Eingangsdurchmesser sind nicht die allgemeine Strömungsstruktur wird sich ändern, dann Netz Unabhängigkeit auf einem Ihrer Konfigurationen nachgewiesen werden kann. Wenn eine Änderung zu erwarten ist, dann ist es eine gute Übung für das Worst-Case-Szenario zu modellieren.

Auch wenn die Unabhängigkeit Studien zu tun, denken Sie daran, dass das Zellvolumen mit der dritten Potenz der Kantenlänge variiert. So gibt es keinen Punkt Knotenzahl um 10% zu erhöhen, da dies jedes Mal nur auf eine 2% igen Änderung der Kantenlänge zu. Zielen auf mindestens das Doppelte der Maschen jedesmal zählen, die immer noch nur 25% Änderung in der Kantenlänge erhalten wird.

LEAP-Support-Team

Vielen Dank für diese zusätzliche Informationen.

Generell gilt: Wenn die Steady-State-Solver verwenden, werden asuming wir, dass die Strömung nicht mit der Zeit ändert. Wenn diese Annahme nicht korrekt ist, werden wir möglicherweise entweder periodische Schwingungen in unserem Residuen erfahren, oder periodische Schwingungen in unseren Überwachungspunkten. Dies ist ein klarer Hinweis darauf, dass die Physik, Geometrie und / oder Randbedingungen des Aufbaus eine instationären Strömung diktieren. In diesem Fall müssen Sie die instationären Solver aktivieren, die die instationären Strömungseigenschaften ermöglichen es richtig vom Solver gelöst werden.

In der Tat gibt es mehrere Kriterien für die Beurteilung der Wahl der Zeitschritt, die mit der Art der Physik variieren Sie interessiert sind. Die ANSYS Fluent und CFX Anleitungen haben große Informationen über diese und sind eine wichtige Lektüre für alle, ein unstetes Simulation durchzuführen. Sie müssen auch überlegen, wie Prozess Ihre Daten (Zeitmittelung) schreiben und wie Sie Ihre transienten Daten, die während der Simulation zu speichern.

Abschließend noch ein Wort zu Ihrem speziellen Fall: Ströme die Auftrieb oft nicht ein stetiges equilibirium aufweist und benötigt daher ein unstetes Löser und kleinen Zeitschritt richtig zu lösen.

Hoffe das hilft!

Dies ist mit Bezug auf Fluent

In einem stationären Zustand Simulation, wenn eine Verringerung der unter Erholungsfaktor (für Druck) und eine Reduktion des Faktors Zeitskala (pseudo transienter Algorithmus) gibt Konvergenz mit den Überwachungspunkten dann -

Ist es in Ordnung auf solchen Konvergenz Relais (oder), ist es immer ein Muss im Allgemeinen
ein paar mehr Wiederholungen ausführen, indem Sie den Standard unter Relaxationsfaktors Widerruf
und mit einer Zeitskala Faktor = 1.

Es ist ein auf Druck basierenden gekoppelt Löser in Doppel precission mit:
Druck -> Standard, Impuls -> zweite Ordnung, Turbulenz -> erste Ordnung, nicht Energiegleichung beteiligt

SST Turbulenzmodell mit Low-Re Korrekturen deaktiviert

LEAP-Support-Team

Der angegebene Wert für Unter Relaxationsfaktoren (sortenLöser) oder entsprechend die globalen Courant Nummern / pseudo Zeitschritt (gekoppelte Solver) nicht die endgültige konvergente Lösung beeinflussen. Dies ist auch der Fall, wenn Sie explizite Entspannung auf bestimmte Variablen anwenden. Es wird jedoch die Zeit beeinflussen erforderlich Konvergenz zu erreichen. So gibt es keine Notwendigkeit zu setzen Relaxationsfaktoren höher bevor sie eine endgültige konvergente Lösung zu erhalten.

Hallo, ich möchte wissen, welche Art von Gitter für 2D instationären turbulenten Strömung besser ist, ist es strukturiert oder unstrukturiert, welche Art von Zelle, i auf Wirbel induzierte Vibrationen auf Bluff tue body.can u mir bitte vorschlagen, welche Art des Eingriffs ist besser für meinen Fall.

LEAP-Support-Team

Ich simuliert Kanalströmung mit einem sehr hohen Fluss in Fluent und ich bin mit instationären Simulation. Sie schreiben in diesem Blogpost, dass für stetigen Fluss gibt es drei Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit die Lösung für eine stationäre Simulation konvergiert werden. Sind die gleichen Bedingungen, die für eine unruhige Simulation? Und was von den Rest RMS Fehlerwerte gemeint? Sind diejenigen, die Werte für die Kontinuitätsgleichung, x-, y- und z-Geschwindigkeit, k und epsilon? (Beim Laufen eines k-epsilon Turbulenzmodell).

Freundliche Grüße,
Mira-Lisa

LEAP-Support-Team

So bedeutet das, dass ich Monitorpunkte verwenden kann (in Kombination mit den Residuen und Fluss Bericht), wenn die zeigt, dass meine instationären Lösung konvergiert hat?
Danke für Ihre Hilfe!

Freundliche Grüße,
Mira-Lisa

Vielen Dank für Ihren nützlichen Artikel,
Ich habe einige Fragen, die zu schätzen wissen, wenn Sie sie beantworten.

- Ich habe einige Diskussion über die CFD-Online zu sehen, dass der Steady-State-Zeitschritt (physikalischer Zeitschritt) soll nicht niedriger als der advektiven Zeitschritt schlägt vor, die Störungen in der Strömung zu ignorieren erfaßt, die Rückstände nicht konvergieren verursachen, wenn es wahr ist, wie kann ich den advektiven Zeitschritt überprüfen?

- Auf dem CFX Handbuch habe ich gelesen, dass die physikalische Zeit Schritt zu 1/3 der Strömung Restzeit eingestellt werden kann. und die Restzeit kann durch die Überprüfung der Zeit des Stroms auf der post.P geschätzt werden line.Please lassen Sie mich wissen, ob ich richtig bin.

- CFX verwendet die implizite Methode. dann sollte es nicht so empfindlich auf den Steady-State-Zeitschritt sein. warum sollte dann tun wir die Zeit Schritt Studie?

Vielen Dank im Voraus

LEAP-Support-Team

ANSYS CFX verwendet das so falsch Transient genannt. Ein Zeitplan wird verwendet, um die Lösung auf die endgültige Antwort zu bewegen. In einem Beharrungssimulation stellt die Zeitskala Entspannung der Gleichung in Nichtlinearitäten. Eine steady-state-Simulation ist eine ‚transient‘ Evolution der Strömung von der anfänglichen Schätzung zu den stationären Bedingungen

Der physikalische Zeitschritt ist die Zeit, in jeder Iteration der Lösung dargestellt. CFX-Solver hat die Fähigkeit, physikalische Zeitschrittgröße für steady-state Probleme zu berechnen. Wenn Sie nicht über die Zeitschrittgröße kennen, um Ihr Problem zu setzen, können Sie die automatische Zeitskala Option verwenden.
Sie können die Verweilzeit überprüfen entweder, indem Sie auf den Stromlinien zu der Zeit, einen Blick oder von Ihrem Volumen durch den Volumenstrom geteilt wird. Sie wollen die Zeit Schritt kennen, um zu vermeiden, dass es zu klein ist (so dass es eine lange Zeit braucht, um Ihre Lösung zu haben, berechnet zu werden) oder zu groß (das könnte Konvergenz Probleme verursachen und es ist nicht in der Lage, die Eigenschaften zu erfassen die Phänomene studieren Sie).