時間步長怎麼設定

簡單提示一些做CFD的共通原則：

1.

算算雷諾數Re，看看是不是湍流，是complete turbulence 還是 transient turbulence（查Moody diagram）。

2.

根據Re，計算Kolmogorow microscales。

3.

根據Kolmogorow microscales，計算turbulent dissipation rate （epsilon）。

4.

計算turbulent kinetic energy k，你可以假設一個turbulent intensity，比如1-5%對於管道流體，安靜的流體1%，2-3%中等，5%劇烈的湍流。這個需要有點經驗資料。

5.

估計實際流體的邊界層厚度量級，可以用平板公式。如果你的流體是complete turbulence並且你不關心drag/lift force，也不關心近管壁處的流體，那麼可以不用邊界層，同時在管壁上採用可滑動邊界條件。

不過一定要注意，這時你的解只在遠離管壁的區域準確。如果是LES求解，則最好加上邊界層。如果是動態問題，比如vortex shedding，如果沒有邊界層有時shedding不會發生。

6.

如果採用velocity inlet 或 pressure inlet，需要裂紋前留足夠的長度，以便流體達到fully development。建議20Dh以上，如果困難，可以在velocity inlet指定velocity profile，同時縮短上游距離。最起碼也要留夠5Dh。

7.

裂紋後也需要留足夠長度。具體多長不好說，需要試算。只要出口流體接近均一就可。

8.

出口可以採用pressure outlet 或者 outlfow，具體用哪個需要看出口的物理意義。入口的turbulence level可以採用上面計算的值。

9.

如果出口入口都是fully developed flow，也可以採用periodic boundary conditions。然後設定mass flow rate。這樣上游就不用保留很長距離了。

10.

初始化的時候，流速採用平均流速，turbulence level採用上面計算的值。

11.

裂紋有沒有空氣進入？混合氣體我沒做過，沒有經驗，不瞎指揮。

12.

求解器，開始可以用k-e求穩態解。然後再轉為瞬態解。

13.

瞬態解可以用k-e，也可以用LES 或者DES。k-e是準動態（quasi-steady state），LES是真實的瞬態。如果只關心流體的統計指標，比如turbulent intensity，或者變化較慢的指標，k-e就可以。如果關心瞬時動態指標，比如區域性區域快速變化的流速，壓力，drag force等，最好用LES 或者DES。

14.

如果採用k-e steady state，採用預設的殘差就可以。算到收留為止。如果500步不收斂，說明可能有問題。如果5000步不收斂，說明肯定有問題。至少模型不夠好。

15.

前面忘了網格。定義邊界層的時候一定要保證邊界層網格總厚度超過實際邊界層厚度，否則算出來的結果好看不好用，邊界層邊緣處的turbulent intensity將會大大超過合理值。邊界層網格的第一層，厚度要合適，需要滿足一定的y+值。

如果用k-e演算法 + standard wall fucntion， y+=30；如果採用k-e演算法 + enchanced wall fucntion，y+=4~5；如果採用LES，y+=1。y+得值在求解前只能估計數量級，準確值需要求解後才能知道，所以試運算是必需的。

網格劃分可以採用hex，wedge，ansys 有一種六邊形網格，據說很好，不過我沒用過，不知情。據說ansys 的網格生成器比gambit強。如果網格不好劃分，應當把結構切成許多小塊，分塊劃分。

16.

鬆弛因子先用初始值，如果收斂有問題再調整。如果你初始化合理，一般沒有問題。

17.

比熱在材料屬性裡。導電係數沒用過，不知道。

18.

總的來說就是需要設定好多東西才能算，如果上面的工作你都做了，還是不能算，那也是可以理解的。

再補充兩點：

a.

需要考慮流體是不可壓縮還是可壓縮。如果不關心聲波傳導，任何一處的流速遠遠低於聲速，沒有shock wave，不考慮熱交換，則可以看作不可壓縮。不可壓縮流體可用基於壓力的求解器。可壓縮流體可以採用基於密度的求解器。

b.

瞬態求解器的時間步長設定根求解器和你所關心的現象有關。如果是k-e，則只要保證步長小於所關心的最高頻率的週期的1/2，當然最好是1/10，否則可能會有aliasing 問題。如果是LES，還需要考慮收斂問題。步長太大不收斂。可用步長應該接近Kolmogorow microscales給出的時間量。