FLUENT中的求解器、算法和离散方法

FLUENT中的求解器、算法和离散方法

作为一个非科班出身的CFD工程师，一开始常常被CFD软件里各种概念搞的晕头转向。最近终于静下心来看了看CFD理论的书，理清了一些概念。就此写一遍博文，顺便整理一下所学内容。

I 求解器：

FLUENT中求解器的选择在如下图所示界面中设置：

FLUENT中的求解器主要是按照是否联立求解各控制方程来区分的，详见下图：

II 算法：

算法是求解时的策略，即按照什么样的方式和步骤进行求解。FLUENT中算法的选择在如下图所示的界面中设置：

这里简单介绍一下SIMPLE、SIMPLEC、PISO等算法的基本思想和适用范围。

SIMPLE算法：基本思想如前面讲求解器的那张图中解释分离式求解器的例子所示的一样，这里再贴一遍：

1.假设初始压力场分布。

2.利用压力场求解动量方程，得到速度场。

3.利用速度场求解连续性方程，使压力场得到修正。 4.根据需要，求解湍流方程及其他方程

5.判断但前计算是否收敛。若不收敛，返回第二步。

简单说来，SIMPLE算法就是分两步走：第一步预测，第二步修正，即预测－修正。

SIMPLC算法：是对SIMPLE算法的一种改进，其计算步骤与SIMPLE算法相同，只是压力修正项中的一些系数不同，可以加快迭代过程的收敛。

PISO算法：比SIMPLE算法增加了一个修正步，即分三步：第一步预测，第二步修正得到一个修正的场分布，第三步在第二步基础上在进行一侧修正。即预测－修正－修正。PISO算法在求解瞬态问题时有明显优势。对于稳态问题可能SIMPLE或SIMPLEC更合适。

如果你实在不知道该如何选择，就保持FLUENT的默认选项好了。因为默认选项可以很好解决70％以上的问题，而且对于大部分出了问题的计算来说，也很少是因为算法选择不恰当所致。

III 离散方法：

离散方法是指按照什么样的方式将控制方程在网格节点离散，即将偏微分格式的控制方程转化为各节点上的代数方程

组。FLUENT中离散方法的选择在如下图所示的界面中设置：

简单介绍常用的几种离散方法：

一阶迎风格式/ Fisrst order upwind：一阶迎风格式考虑了流动方向，可以得到物理上看起来合理的解。但当对流作用占主导而扩散作用很小的时候，一阶迎风格式夸大了扩散的影响，容易偏离真正的场分布。一阶格式具有一阶精度截差，当网格密度不足时，一阶格式的求解精度有限。

二阶迎风格式/ Second order upwind:二阶格式在一阶基础上考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率的影响，具有二阶精度截差。

QUICK格式：QUICK格式的对流项具有三阶精度截差，而扩散项具有二阶截差。QUICK格式可以减少假扩散误差，精度较高，但主要用用结构网格（二维的四边形网格，三维的六面体网格）。