滑动网格法 — 收敛不良与结果验证
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滑动网格法 — 收敛不良与结果验证
典型故障
滑动网格计算中常见的故障有哪些?
1. 初始发散
直接用滑动网格开始非定常计算时,初期流场尚未充分发展,容易发散。可通过将MRF或冻结转子的定常解作为初始值来避免。
2. 时间步长过大
CFL数过大会发散吗?
CFX的耦合型求解器是隐式的,CFL限制较宽松,但滑动网格界面的插值精度取决于时间步长。界面处的库朗数超过10时,插值精度会急剧恶化。翼通过1步内的旋转角度应控制在5度以内。
3. 界面网格密度不足
旋转侧和静止侧的界面附近网格密度相差很大时,插值误差在非定常计算中会积累,产生振荡或漂移现象。界面前后的单元尺寸应控制在1:2以内。
结果验证检查清单
怎样验证滑动网格的结果?
若时间平均效率与MRF结果偏差很大怎么办?
若偏离2个百分点以上,可能是时间步长不足、网格质量不良或初始过渡截断不充分所致。应将时间平均的起点充分延后(从第5圈以后开始平均等)重新评估。
Coffee Break 闲话
滑动网格CFD中非定常力振荡——时间步长与AMI插值的联系
滑动网格CFD中出现"转子受力在各时间步长间大幅振荡,无法进行收敛判定"的问题,多源于时间步长与AMI插值相互作用。转子在一个时间步内旋转角度过大时,AMI界面的单元相对位置变化剧烈,导致插值误差。准则:单个翼片通过所需的最少时间步数应为20步以上(由叶片数Z和转速N推导:Dt_max = 1/(20*N*Z))。另外,将转子-定子力按"叶片通过周期(BPP)"进行平均化可消除短周期数值振荡。进一步提高AMI插值阶次(1阶 vs 2阶)可降低振荡,但增加计算成本——实务中应在验证收敛性后进行选择。
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