-
1
流体模拟软件简介
英文名称
CFD
,
主要用于解决工程中
的流体和传热问题,
目前比较好的
CFD
软件有:
Fluent
、
CFX
p>
、
Phoenics
、
Star-CD
,除了
Fluent
是美国公司软件外,其它三个都是英国公司的产品。
FLUENT
FLUENT
是目前国
际
上比较流行的商用
CFD
软件包,<
/p>
在美国的市场占有率为
60%
。
举凡跟流体,
热传递及化学反应等有关的工
业均
可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能,在航空航天、汽车设计、
石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括:燃烧、井下 分析、
喷射控制、环境分析、油气消散
/
聚积、多相流、管道流动等等。
Fluent
的软件设计基于
CFD
软件群的思
< br>想,
从用户需求角度出发,
针对各种复杂流动的物理现象
,
FLUENT
软件采用不同的离散格式和数值方法,
以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域
的复杂
流动计算问题。基于上述思想,
Fluent
开发了适用于各个领域的流动模拟软件,这些软件能够模拟流体流
动、
p>
传热传质、
化学反应和其它复杂的物理现象,
软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面,
而各软件之间的区别仅在于应
用的工业背景不同,因此大大方便了用户。其各软件模块包括:
GAMBIT
—
—专用的
CFD
p>
前置处理器,
FLUENT
系列产品皆采用
FLUENT
公司自行研发的
Gamb
it
前处理软件来建立
几何形状及生成网格,
< br>是一具有超强组合建构模型能力之前处理器,
然后由
Fl
uent
进行求解。
也可以用
ICEM
CFD
进行前处理,
由
TecPlot
进行后处理。
Fluent5.4
——基于非结构化网格的通用
CFD
p>
求解器,针对非结
构性网格模型设计,
是用
有限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的
CFD
软件
。
可应用的范围有
紊流、热传、化学反应、混合、旋转流(
p>
rotating
flow
)及震波(<
/p>
shocks
)等。在涡轮机及推进系统分析都
< br>有相当优秀的结果,并且对模型的快速建立及
shocks
处的格点调适都有相当好的效果。
Fidap
——基于有
限元方法的通用
CFD
< br>求解器,
为一专门解决科学及工程上有关流体力学传质及传热等问题的分析软件,
是
全球第一套使用有限元法于
CFD<
/p>
领域的软件,其应用的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、
< br>非牛顿流流场、热传、化学反应等等。
FIDAP
p>
本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。
对问
题整个研究的程序,数据输入与输出的协调及应用均极有效率。
Polyflow
——针对粘弹性流动的专用
CFD
求解器,用有限元法仿真聚合物加工的
< br>CFD
软件,主要应用于塑料射出成形机,挤型机和吹瓶机的模具设
计。
Mixsim
——针
对搅拌混合问题的专用
CFD
软件,是一个专业化的前处理器,
可建立搅拌槽及混合槽
的几何模型,不需要一般计算流力软件的冗长学习过程。它的图形
人机接口和组件数据库,让工程师直接
设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、折流板之配置
,叶轮的型式等等。
MixSim
随即自动产生
3
维网络,并
启动
FLUEN
T
做后续的模拟分析。
Icepak
——专用的热控分析
CFD
软件,专门
仿真电子电机系统内部气
流,
温度分布的
CFD
分析软件,
特别是针对系统的散热问题作仿真分析,<
/p>
藉由模块化的设计快速建立模型。
CFX
CFX
是由英国
AEA
公司开发,是一种实用流体工程分析工具,用于模拟流体流动、传热、
多相流、
化学反应、
燃烧问题。
其优势
在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。
适用于直角
/
柱面
/
旋转坐
标系,稳态
/
非稳态流动,瞬态
/<
/p>
滑移网格,不可压缩
/
弱可压缩
/
可压缩流体,浮力流,多相流,非牛顿流体,
化学反应,燃烧,
NOx
生成,辐射,多孔介质及混合传热过程
。
CFX
采用有限元法,自动时间步长控制,
< br>SIMPLE
算法,代数多网格、
ICCG
、
Line
、
Stone<
/p>
和
Block Stone
解法。能有效
、精确地表达复杂几何形状,
任意连接模块即可构造所需的几何图形。在每一个模块内,
网格的生成可以确保迅速、可靠地进行,这种
多块式网格允许扩展和变形,
例如计算气缸中活塞的运动和自由表面的运动。
滑
动网格功能允许网格的各
部分可以相对滑动或旋转,这种功能可以用于计算牙轮钻头与井
壁间流体的相互作用。
CFX
引进了各种公
认的湍流模型。例如:
k-e
模型,低雷诺数
k-e
模型,
RNG k-e
模型,代数雷诺应力模型,微分雷诺应力模
型,微分雷诺通量模型等。
CFX
的多相流模型可用于分析工业生产中出现的各种流动。包括单体颗粒运动
模型,连续相及分散相的多相流模型和自由表面的流动模型。
CFX-TASCflow
在旋转机械
CFD
计算方面
具有很强的功能。它可用于不可压缩流体,亚<
/p>
/
临
/
超音速流
体的流动,采用具有壁面函数的
k-e
模型、
< br>2
层
模型和
Kato-Laun
der
模型等湍流模型,传热包括对流传热、固体导热、表面对表面辐射,
Gibb
’
s
辐射模
型,多孔介质传热等。化学反应模型包括旋涡破碎模型、具有动力学控制复杂正
/
逆反应模型、
Flamelet
模
型、
NOx
和碳黑生成模型、拉
格朗日跟踪模型、反应颗粒模型和多组分流体模型。
CFX-TurboGrid
是一个
用于快速生成旋转机械
CFD
网格的交互式生成工具,
很容易用来生成有效的和高质量的网格。
PHOENICS
Phoenics
p>
是英国
CHAM
公司开发的模拟传热、
p>
流动、
反应、
燃烧过程的通用
CFD
软件,
有
30
多年的历史。
网格系统包括:直角、圆柱、曲面(包括非正交和运动网
格,但在其
VR
环境不可以)
、多重网
格、精密网
格。可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩流进行模拟,包括非牛顿
流、多孔介质中的流动,并
且可以考虑粘度、密度、温度变化的影响。在流体模型上面,
Phoenics
内置了
22
种适合于各种
Re
数场合
的湍流模型,
包括雷诺应力模型、
多流体湍流模型和通量模型
及
k-e
模型的各种变异,
共计
21
个湍流模型,
8
个多相流模型,
10
多个差分格式。
Phoenics
的
VR
(虚拟现实)彩色图形界面菜单系统是这几个
CFD
软
件里前处理最方便的一个,
可以直接读入
Pro/E
建立的模型
(需转换成
STL
格式)
,
是复杂几何体的生成更
为方便,在边界条件的定义方面也极为简单,并且网格自动生成,但其缺点则是网格比较
单一粗糙,针对
复杂曲面或曲率小的地方的网格不能细分,也即是说不能在
VR
环境里采用贴体网格。另外
VR
的后处理
也不是很好。要进行更高级的分析则要采用命令格式进行,但这在易用
性上比其它软件就要差了。
另外,
P
hoenics
自带了
1000
多个例
题与验证题,附有完整的可读可改的输入文件。其中就有
CHAM
公司做的一
个
PDC
钻头的流场分析
。
Phoenics
的开放性很好,提供对软件现有模型进行修
改、增加新模型的功能和接
口,可以用
FORTRAN
语言进行二次开发。
另一个
< br>CFD
软件
STAR-CD
的创
始人与
Phoenics
的创始人
Sp
alding
都是英国伦敦大学同一教研室的教授,
他们的软件
的核心算法大同小异,
这里对
STAR-
CD
就不做
详述。
< br>2.
PHOENICS
入门
<
/p>
本文目的是帮助那些
PHOENICS
的
初学者在不需要深入了解该软件的情况下可以进行一些简单的流动计
算。
PHOENICS
界面包括模型编辑界面,数值计算
运行界面和计算结果查看界面三部分。
利用模型编辑界面来建
立几何模型是最适合初学者的,因为它不仅简单易懂,而且还可以自动生成
PHOENI
CS
输入语言所编写的
Q1
文件而不用
使用者学习
PHOENICS
输入语言。当使用者对
PHOENICS
有了一定的了解以后,可以利用
PHOENICS
输入语言直接编写
Q1
文件或利用
FORTRAN
语言更深入地编
< br>写一些模块。
计算结果查看界面可以将计算结果以形象
易懂地方式表现出来,
也可以利用
PHOENICS
中的图形处理模块
将计算结果按我们想要的形式画出来,另外为了更好地观
察计算结果和提取有用信息可将计算结果进行格
式转换再用各种常用的图象处理软件处理
,如
TECPLOT
,
ORINGE<
/p>
,
MATLAB
等。
3.
模型编辑界面的控制面板图
一
.
.
4.
模型编辑界面的控制面板图
二
5.
计算结果查看界面的控制面板图
6.
模型
编辑界面和计算结果查看界面的通用界面图
CS
入门简介(英文版)
-1
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...
INTRODUCTION TO PHOENICS
Contents
·
What PHOENICS does
·
The Structure of PHOENICS
·
How the problem is defined
·
How PHOENICS makes
the predictions
·
How the results are
displayed
·
Hardware
·
Customization of PHOENICS
·
Learning to use
PHOENICS
·
The
Virtual-Reality Interface
·
EARTH
·
GROUND
·
Built-in Features of EARTH
·
Display via
VR
·
PHOTON
·
AUTOPLOT
·
Other
Input
and
Output
Facilities
·
Programmability
·
PLANT
What
PHOENICS does
PHOENICS,
operated
by
its
users,
performs
three
main
functions:
m
definition,
in
which
the
user
prescribes the situation to be
simulated and the questions to which he wants the
answers; tion, by means of
computation,
of
what
the
laws
of
science
indicate
will PROBABLY
take
place
in
the
prescribed
circumstances;
tation of the results of
the computation, by way of graphical displays,
tables of numbers, and other means.
PHOENICS, like many but not all CFD
codes, has a distinct software module for each
function. This sub-division
allows
functions (1) and (3), say, to be performed on the
user's home computer, while the power-hungry
function
(2) can be carried out
remotely.
The Structure of
PHOENICS
·
PHOENICS has a
‘
planetary
’
arrangement, with a central core of
subroutines
called EARTH, and a
SA
TELLITE program,
which
accepts inputs through the Virtual Reality (VR)
interface or
otherwise,
which
correspond
to
a
particular
flow
simulation.
·
EARTH
and
SATELLITE
are
distinct
programs.
·
SATELLITE is a data-
preparation program; it writes a data file which
EARTH reads.
·
PHOENICS
users work
mainly
with SATELLITE, but they can access
EARTH also in controlled ways.
·
GROUND is the
EARTH subroutine which users access
when incorporating special features of their own.
The diagram below is a
schematic
of
the
three
main
functions
of
PHOENICS,
i.e.,
-processor
-
problem
definition
-
simulation
-processor - presentation of results
CS
入门简介(英文版)
-2
How the problem is defined
Problem
definition
normally
involves
making
statements
about:
·
geometry,
ie
shapes,
sizes
and
positions
of
objects
and
intervening
spaces;
·
materials,
ie
thermodynamic,
transport
and
other
properties
of
the
fluids
and
solids
involved;
·
processes, for
example:- whether the materials are inert or
reactive; whether turbulence is to be
simulated and if so by what model;
whether temperatures are to be computed in both
fluids and solids; and whether
stresses
in solids are to be computed;
·
grid, ie the manner and
fineness of the sub-division of space and time, ie
what
is
called
the
and
·
other
numerical
(ie
non-physical)
parameters
affecting
the
speed,
accuracy
and
economy
of
the
simulation.
SPECIAL
FEA
TURES
of
problem
definition
which
distinguish
PHOENICS are:-
·
problem definition can be
carried out in a V
ARIETY of ways,
selected by the user according to
his
experience or preference;
·
thus, engineers who use CAD
packages can export the corresponding files
directly
to PHOENICS-VR (ie Virtual
Reality);
·
VR, and other
interactive input procedures of PHOENICS, create
as a
record a
themselves
the
tedium
(as
they
sometimes
see
it)
of
further
interactive
sessions;
·
the
feature
of
PHOENICS allows the property laws of
new materials to be supplied by the writing of
formulae into the command
file; and
·
hundreds of quality-assured
command files are supplied with the standard
PHOENICS sofware in a set
of easily
accessible LIBRARIES, so that the user rarely has
to start from scratch. PHOENICS has indeed its own
high-level input language, called PIL,
in which the Q1 files are written.
PIL
is a directly-interpreted language, requiring no
compilation; and its capabilities include:
- direct assignment, as in:NX=10;
CARTES=F (ie false); PI=3.1416
-
interrogation, as in:NX?; CARTES? which print
their values
- arithmetic commands, as
in: NX=2*NY
- conditional settings, as
in: IF(.10) THEN; CARTES=F; ENDIF
- DO
loops, as in: DO II=1,3
MESG(Three
cheers! HURRAH! ENDDO
- INCLUDE
commands, as in: INCL(file name
- LOAD
commands, as in:L(library case number
-
numerous other facilities for setting grids,
boundary and initial conditions, material
properties, output needs and
other
data.
So far as is known, PIL is the
most powerful and flexible input language ever
devised for the setting up of CFD
problems.
How PHOENICS makes
the predictions
PHOENICS
simulates
the
prescribed
physical
phenomena
by:-
·
expressing
the
relevant
laws
of
physics
and
chemistry,
and
the
which
supplement
them,
in
the
form
of
equations
linking
the
values
of
pressure,
temperature,
concentration, etc which prevail at clusters of
points distributed through space and time;
·
locating
these
point-clusters
(which
constitute
the
computational
grid)
sufficiently
close
to
each
other
to
represent
adequately
the
continuity
of
actual
objects
and
fluids;
·
solving
the
equations
by
systematic,
iterative,
error-reduction methods, the progress
of which is made visible on the VDU screen;
·
enabling the computations
to
be interrupted, and the controlling
settings to be modified, as the user desires;
·
terminating when the errors
have
been
sufficently
reduced.
SPECIAL
FEATURES
relating
to
how
PHOENICS
makes
the
predictions
are:
·
PHOENICS can handle a WIDER
RANGE OF PHYSICAL PROCESSES, and is equipped with
a MORE
EXTENSIVE
V
ARIETY
OF
PHYSICAL
MODELS,
than
any
of
its
competitors.
·
The
ways
in
which
these
physical processes are represented in
the computer language, Fortran, are visible and
accessible to users, and NOT
hidden as
in most other codes. The relevant coding, called
GROUND, constitutes more than fifty percent of the
EARTH
module.
·
This open-source coding is
written in a well-annotated easy-to-follow
manner, in order that
users
can, if they wish: ounderstand, odecide whether
CHAM's provision meets their needs, and oeither
modify it
or add coding of their own.
·
For users who are not
confident of their ability to do this, CHAM has
provided the
PLANT option, which
reduces the user's duties to entering the required
formulae into the command file.
·
Unlike
those
other CFD codes which cope with geometrical
complexity by the use of
retains
the
computational
economy
of
the
more-orderly
GRIDS
while
utilising
complexity.
·
A related and unique
feature is the MOVSOL, feature, which makes it
easy, economical and accurate
to allow
curvilinear solids to move relative to each other
across curvilinear grids.
·
PHOENICS possesses a unique
EXPERT
feature,
which
automatically
optimises
the
numerical
parameters
as
the
computation
proceeds.
·
PHOENICS also employs an
economical and unique-to-it
very
common
character.
·
The
PHOENICS
grid
has
lent
itself
particularly
well
to
PHOENICS can display the
results of its flow simulations in a wide variety
of forms.
It
has
its
own
stand-
alone
graphics
package
called
PHOTON;
and
it
can
also
export
results
to
such
third-party
packages as
TECPLOT, A
VS, and FEMVIEW.
Unique
to
PHOENICS
is
its
ability
to
take
the
results
of
its
flow
predictions
back
into
the
same
VIRTUAL-REALITY environment as is used
for setting up the problem at the start.
This
facilitates
understanding
by
the
user;
and
it
also
affords
a
means
of
conveying
the
significance
of
the
flow-simulation
operation to interested but non-technical persons,
eg. high-level managers.
Of course,
numerical results are also provided, in the RESULT
, when the appropriate commands in the
Q1 file, can provide either sparse or
voluminous information.
CS
入门简介(英文版)
-3
The Virtual-Reality
Interface
Data input via the VR-Editor
The Virtual-Reality user interface
assists users to set up flow-simulation
calculations, without having to learn the
PHOENICS Input Language. In this data-
input mode, it is called the VR-Editor.
The appearance of VR-Editor the screen
is shown on the next suffices therefore to say
here that objects of
all kinds
(blockages, inlets, outlets, sources, etc) can be
brought in by appropriate mouse-clicks,
and then given
such locations, shapes,
sizes, materials and other attributes as are
needed to start the flow-simulating calculation
CS
入门简介(英文版)
-4
This is the top part of the
menu which appears when the Main Menu button is
pressed. It enables whole-domain
settings to be made.
What
the Virtual-Reality Editor creates
The
VR-Editor records the settings made by the user
during his editing session in an ASCII file known
as Q1.
This file can be read,
understood (if the user knows something of PIL,
the PHOENICS Input Language) and edited.
Usually, however, it will simply be
stored for later use.
In any case, the
flow-simulation can begin immediately, if the user
wishes, because two other files will also have
been automatically written, one of
which (FACETDAT) conveys the necessary geometrical
information, while the
other (EARDAT)
carries everything else that the solver module
needs to know.
The switching from the
VR-Editor to the solver, and for that matter to
any other PHOENICS module, is rendered
particularly easy by the pull-down
menus accessible from the top bar of the VR-Editor
screen
CS
入门简介(英文版)
-5
EARTH The
solver EARTH starts with a MAIN program, open to
users for re-dimensioning operations.
The
other
user-
accessible
source
subroutines
are
GROUND,
GREXn
(i.e.,
GROUND
example,
number
n)
and
others of
the same kind.
EARTH contains sequences
for:
·
storage allocation
·
formulation of finite-
volume equations
·
iterative
solution
of finite-volume equations
·
calling GROUND when
required
·
termination of
iteration sequences
·
output
of
results A Typical EARTH Convergence
Monitor Plot
GROUND GROUND is a
subroutine which is called by EARTH at pre-set
points of the solution cycle. If the user
inserts appropriate FORTRAN statements
at the entry points in GROUND, EARTH absorbs these
into the solution
process.
Special communication subroutines allow
the user to extract information from EARTH,
manipulate it in GROUND
and then return
new information or instructions to EARTH.
Many
sub-routines
are
attached,
performing
commonly-needed
arithmetic
operations.
These
greatly
reduce the user's need to write
FORTRAN-coding sequences.
Built-In
Features Of EARTH
Conservation
principles
PHOENICS
sets
up
and
solves
finite-domain
equivalents
of
the
basic
differential
equations.
It
thus
embodies
the
laws
of
conservation
of
mass,
momentum
and
energy,
for
either
one
or
two
phases.
More-
than-2-phase flows can also be represented in a
number of ways.
Any
property
obeying
a
balance
equation
can
be
represented,
including
·
species
concentration,
·
turbulence
energy,
·
vorticity and its
fluctuations
·
radiation
fluxes,
·
electric potential,
etc. Solution procedures PHOENICS
contains
solvers
for
sets
of
linear
simultaneous
equations.
Options
include:
·
point-
by-point,
·
slab-wise,
and
·
whole-3D-field. The coupled
hydrodynamic equations are solved by the so-called
SIMPLEST procedure.
For two-phase
flows, the IPSA version of this is used. Details
of these procedures are given in the published CFD
literature.
Handling
special
requirements
EARTH
can
handle
problems
which
are:
·
steady
or
unsteady,
·
parabolic
or
elliptic,
and
·
0D,
1D,
2D
or
3D.
EARTH
accepts
grid-definition,
material-
property,
initial-value
and
boundary-condition information
transmitted from the satellite.
EARTH
turns to GROUND (or GREXn. etc.) for further data
settings, when so instructed.
EARTH
arranges for print-out of required output, and
also of warnings, diagnostics, etc.
What
is
not
built-in
Turbulence-model,
chemical-kinetic,
interphase-transport,
radiation-flux
and
other
coding
sequences are attached, through GROUND,
to the outside of EARTH.
They can
therefore be inspected, modified or replaced by
the PHOENICS user.
The built-in solvers
can also be inspected, modified and replaced,
should the user desire.
EARTH is thus a
CS
入门简介(英文版)
-6
Display via VR
The
Virtual-Reality
Interface
of
PHOENICS
can
also
operate
as
a
results-display
device.
It
is
then
called
the
VR-
Viewer.
A Typical VR-ViewerPlot
The
main advantage of VR-
Viewer over the older PHOTON program is the ease
with which it enables users to
view
streamlines, vectors, iso-surfaces and contour
plots.
However, it does not yet
possess, as PHOTON does, a command language in
which
the repetition of frequently-
required operations.
CS
入门简介(英文版)
-7
PHOTON
A further menu-driven interactive
program, called PHOTON, can create from PHOENICS
output:
·
grids, and grid
outlines
·
contour
plots, in either colored-line or filled area modes
·
streamlines, in any color
·
vector plots, for
either of the two phases
·
surface plots
·
magnified views of parts of
the field
·
arbitrarily
chosen view-points in
multiple windows
A Typical PHOTON Plot
CS
入门简介(英文版)
-8
AUTOPLOT
AUTOPLOT is the second member of the
PHOENICS graphics family. It is a command-driven
which can:
·
plot
x-y graphs from
any
combination of PHOENICS output files, and user-
supplied data files. This allows for easy
comparison of PHOENICS solutions with
experimental or analytical data.
·
manipulate the data in a
number of
ways, such as adding or
subtracting constants, multiplying or dividing by
constants, raising to powers, taking logs
and
antilogs,
and
many
more.
·
The
data
can
be
presented
in
a
number
of
line
styles.
A
Typical
AUTOPLOT
Picture
CS
入门简介(英文版)
-9
Other Input and Output Facilities Many
more input and output features of PHOENICS can be
operated from the
satellite.
Users
for
whom
the
built-in
facilities
do
not
suffice
may
introduce
their
own
input/output
sequences
via
the
FORTRAN of SATLIT and GROUND.
GROUND-located
sequences
for
problem-specific
input,
output
source
terms,
boundary
conditions
or
physical
properties are switched on by setting
special flags in the satellite.
An
exemplary GROUND, subroutine GREXn, contains many
frequently-used settings.
When
these
do
not
suffice,
the
task
of
creating
new
ones
is
lightened
by
provision
of
numerous
auxiliary
sub-routines, into which users need
merely to supply the arguments.
Programmability
User-
accessible Fortran
PHOENICS is designed
to serve two kinds of user: those who wish to
perform flow simulations of standard kinds,
with
standard
fluids,
and by
standard
methods;
and
those
whose
needs
or
intentions necessitate
the
addition,
in
user-accessible subroutines, of special
FORTRAN-coding sequences.
For users of
the second kind, the so-called GROUND subroutines
are supplied as part of the EARTH module. The
PHOENICS
Encyclopaedia
contains
full
information
about
how
these
are
accessed,
inspected,
modified
and
augmented.
The description
explains how PHOENICS stores its data in memory,
in the so-called F-array; and it does so in such
detail
that
it
is possible
for
the diligent
enquirer
to
intervene
not
only
in
the
physical
modelling but
also in
the
numerical-solution procedure.
The
access
to
GROUND
coding
also
allows
the
introduction
of
calls
to
non-
PHOENICS
software
modules
or
data-bases, and the
provision of special print-out sequences.
For the
convenience of
the user who
wishes to
create Fortran
coding of
his
own, PHOENICS
is equipped
with
many
subroutines;
these
perform
the
most-commonly-required
arithmetic,
algebraic
and
print-out
operations, so that it is rarely
necessary for the user to do more than assign the
arguments and call the functions.
The
use of these facilities is amply illustrated in
the exemplary subroutines which constitute the
built-in modelling
features of
PHOENICS.
Examples are also to be found
in the pages of the PHOENICS Journal.
For those users who want the benefits
of the programmability of PHOENICS but are too
uncertain of their Fortran
skills to
obtain them directly, the PLANT feature, described
in the next section, provides them with what they
need.
CS
入门简介(英文版)
-10
What is PLANT
?
PLANT is an integral part
of the PHOENICS SA
TELLITE which permits
users to place in their Q1 files formulae
for
which
there
may
not
be
any
existing
counterpart
in
EARTH
or
GROUND.
PLANT
then
converts
these
formulae
into
error-free
Fortran
coding
which
is
into
the
GROUND
sub-routine
at
the
right
place;
thereafter
compilation, re-linking and execution take place
automatically.
In
this
way,
PLANT
relieves
the
user
of
the
tasks
of:
·
writing
the
Fortran;-
placing
it
correctly
in
GROUND;
·
compiling;
·
re-linking;
·
initiating the EARTH run.
All the user needs to learn is a few simple rules
about the format to be used for writing
the formulae in the Q1 file.
How to
learn about PLANT
A convenient way to
learn about PLANT is to inspect the examples in
the appropriate section of the PHOENICS
input-file library. It is divided into
sections dealing, among other topics, with:
·
Non-linear property
correlations *
Inter-phase-transport
law
·
Field initialisations *
Sources
·
Print-out
preparations * Validation tests
·
Consistency
tests * Conjugate heat transfer
·
Two-phase flows * Natural
and mixed convection
·
Chemical-reactive flows *
Equipment-oriented cases
·
Environmental studies *
Numerical techniques
·
Non-
linear flow resistances * Flame
propagation
·
Vents linked to heat
detectors * Stress-in-solids examples
·
Grids, fixed and adaptive *
Multi-fluid
turbulence Why PLANT is
useful
The advantages of the PLANT
facility are numerous. They include:-
·
The formulae can be created
or modified
more swiftly, read more
easiliy, and stored more compactly, in the Q1 file
than in the GROUND Fortran.
·
The
programmability of PHOENICS can
therefore be exploited easily by persons who have
no knowledge of Fortran
programming,
and who have not learned how to compile the
resulting coding and to re-build executables.
·
Those
users
who
do
possess
the
knowledge
and
experience
of
coding,
compiling,
linking,
etc,
can
nevertheless
save
themselves
much time by
using
PLANT.
·
The
following diagram shows how, before
PLANT, the user had to
perform TWO
operations to introduce new coding into EARTH.
/E
与
PH
OENICS
的传输
Pro/E <
/p>
模型传到
Phoenics
的具体步骤如
下:
1.
< br>将建好的
Pro/E
零件实体图或装配实体图存成
STL
文件
格式。
Pro/E
中的步骤为:
(1).
主菜单上
File-
Export-Model,
选
STL
格式,注意:
STL
菜单中
form
at
选
ASCII,
不能选
Binary
格式。
最后取一个文件名。
还需要注意的是:
单位问题,
必须设置好单位,
与
Phoenics
统一。
2. Phoenics
中调入
STL
文件
在
Object
中的
CAD
interface
一栏选
STL file ,
调入刚存的
Pro/E
文件。需要主意的是
p>
Domin
的比列问题。
CS
中的湍流模型
Turbulence
models available in PHOENICS (1)
1.
CONSTANT-EFFECTIVE
-
Turbulent
viscosity
is
constant
2.
LVEL
-
Generalised
length-scale
model
3.
MIXLEN - Mixing-length
model 4. KLMODL - One-equation. k-l model 5.
KEMODL - Classical two-equation
high
Reynolds number. k-e model 6. KECHEN - Chen-Kim
two-equation. k-e model 7. KERNG RNG - derived
two-equation.
k-e
model
8.
KOMODL
-
Kolmogorov-Wilcox
two-
equation.
k-w
model
9.
KWMODL
-
Saffman-
Spalding
two-equation.
k-vorticity
model
10.
KEMODL-
LOWRE
Low
Reynolds
version
of
k-e
11.
KEMODL-
YAP
k-e
model
with
Yap
correction
12.
KEMODL-
LOWRE-YAP
Low
Reynolds
k-e
with
Yap
correction 13. KECHEN-
LOWRE Low Reynolds Chen-Kim model Turbulence
models available in PHOENICS
(2)
14. KOMODL- LOWRE Low
Reynolds Kolmogorov-Wilcox model 15. KEMODL- 2L
Two layer k-e model 16.
TSKEMO - Two
scale k-e model 17. REYSTRS - Reynolds stress
model 18. SGSMOD - Smagorinsky sub-grid
scale model 19. MIXLEN- RICE Mixing-
length model for bubble-column reactors 20. 2FLUID
- Two-fluid model
21. MFLUID - Multi-
fluid model
LVEL and MFM are unique to
PHOENICS.
The
CS
中对化学反应过程的处理
Chemical-reaction
processes
in
PHOENICS
PHOENICS
has
been
used
for
simulating
processes
involving
chemical-reaction
processes, and especially those involving
combustion.
can
handle
the
combustion
of
gaseous,
liquid
and
solid
fuels.
PHOENICS
simulates
chemical
reactions
by:
1.
SCRS,
Simple Chemically Reacting System, built into
user-accessible Fortran coding;
2.
CREK,
a
set
of
user-callable
subroutines
handle
the
equilibrium
chemical
kinetics
of
complex
chemical
reactions; 3.
CHEMKIN, the public code to which PHOENICS has an
interface; 4. PLANT, which can introduce
new reaction schemes.
CS
中的辐射模型
Radiation
models
available
in
PHOENICS
6-Flux
Radiosity
Immersol
of
which
unique
to
PHOENICS
is
IMMERSOL and is especially convenient
when radiating surfaces are so numerous,
and variously arranged, that
the use of the view-factor-type model
is impracticably expensive
CS
中的燃烧模型
The available Combustion Models in
PHOENICS
a. 3
GASES:
SCRS, mixing controlled or
kinetically controlled b. 7 GASES:
Extended SCRS c. Wood: Wood
combustion
model d. Coal: Coal combustion model e. Oil: Oil
combustion model f. Chemkin: Interface to Sandia
Labs CHEMKIN program
CS
中的多相流模型
Multi-
phase flow in PHOENICS
1.
IPSA Full - solving the full momentum equations
for two phases, allowing for inter-phase heat and
mass transfer.
2. IPSA Equal vel -
assuming that the velocities of the two phases are
always equal, but allows inter-phase heat and
mass
transfer.
3.
Algebraic
Slip
-
solving
reduced
equations
for
several
dispersed
phases
in
a
carrier
without
inter-phase heat and mass transfer.
CS
对非正交物体的自动贴体网格处理
Body-fitting in PHOENICS PHOENICS can
use any one of three types of coordinate system to
describe the space
in
which
it
performs
its
computations:
Cartesian,
Cylindrical-polar,
BFC
PHOENICS
possesses
its own
built-in
means of generating
BFC grids, and it can also accept grids created by
specialist packages
PHOENICS has a capability called
PARSOL, the technique to
improve the
simulation accuracy for situations in
which a fluid/solid boundary intersects
some of the cells of a cartesian or polar
coordinate grid obliquely which
allows
flows around curved bodies to be computed on
cartesian grids, and the solutions are often just
as accurate
as those computed on BFC.
CS
的局部网格加细技术
Fine-
grid embedding in PHOENICS
Fine-grid embedding (FGEM), when
combined with the PARSOL (i.e partial-solid)
technique, makes the use of
BFC less-
often needed.
The creation
of fine-grid regions is particularly easy now that
it can be effected by way of the VR interface.
可以获得局部细节信息,但代价是计算时间加长并且有可能收
敛情况变差。
CS
燃烧模拟例题库
PHOENICS
Combustion Applications
Steady Flames:
After-burner
for an incinerator Tyre-incineration furnace
Methane/air combustion Free Turbulent diffusion
flame
Confined turbulent diffusion
flame Turbulent Bunsen burner; fourteen-fluid
model
Gas-turbine combustor
Confined turbulent diffusion flame
NOx formation:
NOx & radiation in 2D gas burner
CS
的应用领域
PHOENICS is extensively used in:
Aerospace
(航空航天)
Automotive
(汽车)
Chemical Process
(化工过程)
Combustion
(燃烧)
Electronics
(电子)
Marine
(航海)
Metallurgical
(冶金)
Nuclear
(核反应堆)
Petroleum
(石油)
Power
(电力,包括燃煤锅炉)
Water
(水利)
Bio-medical
(生物制药)
Environmental
(环保,包括污染物的扩散)
Ship Hydrodynamics
(舰船的水动力)
Architecture and building
(建筑行业)
CS
模块应用
PHOENICS
现在推出网络版,特别适合于同一单位有较多用户,既有教学,又有
科研。
PHOENICS 3.4
中的工业模块针对性强,菜单化,使用十分简单,
FLAIR
用于
HV
AC
(暖通建筑行业)
;
HOTBOX
用于电子元件散热;
COFFUS
用于工业锅炉煤燃烧;
EXPLOIT
用于爆炸燃烧
另外
PHOENICS3.4
中新增了
VR
菜单的
step by
step
教程,
对用
VR
作前处理很有用
.
<
/p>
可见
PHOENICS
的应用是非常广泛
的,
只要是有关流动,传热,化学反应的现象都可以应用
p>
PHOENICS
求解,
因为他们使用的方程是相似的。
<
/p>
28.
关于
Q1
文件的应用
我现在使用的是
3.3<
/p>
版本
.
在这个版本下
,Q1
文件是在
VE
EDITO
R
界面下
,
以文本文档的格式打开的<
/p>
,
所以保
存的时候也只能是保存成这种格
式的文件
.
我想请教各位大侠
,
怎么来编辑
Q1
文件呢
?
谢谢
!
_______________________________________
moitoi,你好!谢谢你的答复!
具体来说我的问题是这样,我通过
VR EDITOR
进行了设置,产生
了一个
Q1
< br>文件,但是我打开它的时候它是文本文档的格式。我在记事本中对其中的一些进行了一些改动,
< p>再保存之后,就发现这个
Q1
文件已经不能运行了
。我现在的问题就是不知道在什么界面下把我以文本文
档格式写好的
Q1
文件调入
PHOENICS.
是要用一个相应的命令吗?谢谢!
_______________________________________
关于运用
Q1
文件,你可以从
file-open file for editing-q1
打开<
/p>
q1
对其进行修改,然后保存,直接
sa
ve ,
在运
行
file-
reload woking file.
这时在运行
run-
earth ,phoenics
就会调用修改后的
q1
了。只是自己的一点体会,不
知是不是你要的答案。
< br>
19
的使用
那位高手熟知
GROUND
中的
GRO
UP19
(干涉计算)
,希望能指点一下,他如何在计算过程中
干涉。
————————————————————————
—————
在
q1
< br>用兵
usegrnd=T,
就可调用,
< br>ground.
ground19
的编程见手册
200b. 191
开始时间步
192
开始扫射步
193
开始
IZ
条步
194
进行条迭代步
195
完成条迭代步
196
完成
sweep 197
完成时间步
用
fortran and
PIL
编制
ground(
主要利用函数调用,
及数组运算等)
而后编译,
连接形成
,
在新的
(private)
运行
q1
文件。
————————————————————————————
先用
Plant
在
Q1
文件中写入
PIL
或专用命令
,Plant
自动将
fortran<
/p>
代码写入
ground
中
,
编译连接后执行
,
功能
p>
非常多
,
看具体做什么
CS
软件的
COFFUS
模块中所用变量的含义
< br>
The
independent
variables
of
the
problem
are
the
three
components
of
cartesian
coordinate
system.
The
main
dependent (solved for) variables are:
·
Three velocity components
of gas flow, U1,V1 and W1
·
Three velocity
components of particulate flow, U2, V2
and W2
·
Pressure, P1.
·
V
olume fractions
of gas and particulate phases,
R1 and
R2
·
·
K
inetic energy of gas turbulence, KE, and
·
its dissipation rate,
EP
·
Specific gas
enthalpy, H1
·
Specific
particle enthalpy, H2
·
Incident radiation, CRAD
·
Mass fraction of
oxygen, YO2.
·
Mass fraction of volatiles,
YCH4
·
Mass fraction of
carbon monoxide, YCO
·
Mass
fraction of
carbon dioxide, YCO2
·
Mass fraction of water
vapour, YH2O
·
Mass fraction
of hydrocyanide, YHCN
·
Mass
fraction of nitric oxide, YNOX
·
Mass fraction of raw coal,
COL2
·
Mass fraction of char,
CHA2
·
Mass fraction
of water, WAT2 The main auxiliary
variables are:
·
Interphase
mass transfer, CMDOT
·
Densities of gas, RHO1,
and particles, RHO2
·
Specific heats of gas, CP1,
and particles, CP2
·
Temperatures of gas, T1,
and particles,
T2
·
Mass fractions of nitrogen,
YN2
·
Mass fractions of ash,
ASH2
·
Particle diameter,
SIZE
·
Particle Reynolds
number, REYN
·
V
olumetric
interphase heat transfer coefficient, HCOF
CS<
/p>
程序应用
-
理论基础部分
目录
1.
前言
2.
PHOENICS
概述
3.
理论部分
3.1.1
控制方程
3.1.2
数值方程
3.1.3
计算方法
4.
结论
1.
前言
PHOENICS
程序是世界著名的计算流体与计算传热学
(CFD/NHT)
软件,它是英国皇家学会
NG
教授及
< br>40
多位博士
20
多年心血的典
范之作。
PHOENICS
已广泛应用于航空航天、
船舶、汽车、
暖通空调、
环境、能源动力、化工等
各个领域。在核电方面,利用
PHOENICS
不仅可节约大量
经费,更为核电的安全
可靠运行提供了可靠保证。我院于
199
5
年
10
月从英国引进
PHOENICS
程序,经过这几年的摸索,对其已
有
了大概的了解,也解决了一些小问题。但对
PHOENICS
这
样一个通用程序来讲,它的功能还远远没有得
到充分的发挥,为了对
PHOENICS
程序进行较为深入地应用开发,让其发挥应有的作用,本课题从理
论和
应用两个角度出发,了解其内在结构,开发其各项功能,使其尽早应用于工程实际当
中
.
2.
PHOENICS
概述
PHOENICS
是
Parbolic,Hype
rbolic or Ellicpic Numerical Integration Code Seri
es
的缩写。
它可以用来模拟流体
流动
、传热、化学反应及相关现象。程序有前处理、求解器、后处理模块构成
.
PHOENICS
程序语言是标
准<
/p>
ANSI FORTRAAN77
语言,与机器无关,程序总共大
约
110,000
条语句,
2000<
/p>
个子程序。
PHOENICS
发展历史
:
PHOENICS-81
1981
年
PHOENICS-1.4
1987
年
PHOENICS-1.5
1989
年
PHOENICS-1.6
1991
年
PHOENICS-1.6.6
1992
年
PHOENICS-2.0
1993
年
PHOENICS-2.1
1994
年
PHOENICS-2.2
1996
年
PHOENICS-3.0
1997
年
PHOENICS-3.1
1998
年
3.
理论基础
3.1
控制方程
< br>(
数学模型
)
PHOENICS
可以求解的各类
问题包括
:
稳态、瞬态、抛物型、椭圆型、
0
维、
1
维、
2
维、
3
维方程,可接
受前处理部分用户定义的网格、材料性质、初始条件、边界条件等。它们的求解方法基本相同,为了 说明
问题,
本文仅以直角坐标下二维不可压紊流运动为例说明<
/p>
PHOENICS
程序所求解的控制方程组及其计算方
法。
3.1.1
数学方程
等粘度流体的不可压平均
N-S
方程组
为
:
r(uj )=- + (u( r )
(3-1)
=0
(3-2)
其中
r
为雷诺应力项,在方程中它是未知项,它有自己的表达式,称为湍流模型,对湍流现象的理解不
< br>同,
就有不同的湍流模型,
湍流模型的表达式与平均
p>
N-S
方程组形成了封闭的方程组,
本文采
用常用的
k-e
湍流模型。常用的湍流模型都是建立在涡粘性概
念的基础上,雷诺应力与涡粘性的关系为
:
r =mt(
(3-3)
代入
(3-1)
式可得等粘度的不可压平均
N-S
方程
r(uj
)=- + ((m+mt)( )
(3-4)
=0
其中
mt=rcek2/e
(3-5)
ce
实验常数
在大雷诺数流动情况下,
k,e
分别由下面模化的湍动能
K
方程和湍动能耗散率
e
方程确定。
K: em/sk )+em((
-e
(3-6)
e:
em/se )+c1(e/k)em((
-c2e 2/k (3-7)
其中
ce
、
c1
、
c2
、
sk
、
se
均为常数。
定常的
K
、
e
方程为
:
K: uj em/sk )+em((
-e
(3-6)
e: uj em/se
)+c1(e/k)em((
-c2e 2/k
(3-7)
按二维形式展开的控制方程组在直角坐标系内可表示为
:
C:
r =0
(3-8)
Mx:r =-
(3-9)
My:r =-
(3-10)
K:
r =
(3-11)
e:
r =
(3-12)
[G]=
(3-13)
根据具体问题给出具体的边界条件和初始条件
,即组成了完整的控制方程组及其定解条件。
3.1.2
离散方程
将控制方程
(3-8)---(3-13)
用统一的输运方程表示为
:
r = +S
(3-20)
式中
f
为个方程中的因变量,
如在
Mx
方程中为
u
,
而在连续方程中
f
为
1
等,
S
表示除式
(3
-20)
左边的对流
项及右边的扩散项外的所有项之和,称为输
运方程的源项,扩散项在各方程中也不同,如动量方程中
G=mt+m
< br>,
e
方程中
G=mt/se
p>
等。
各方程中源项分别为
:
Mx:
S=-
G=m+mt
My:
S=-
G=m+mt
c
: S=0
G=0
K
: S=mt[G]-re
G=mt/sK
e
: S=
G=mt/se
(3-21)
令
Jx=ruf-G
(3-22)
Jy=rvf-G
(3-22)
将
(3-22)
代入
(3-2
0)
,则
(3-20)
简化为
(3-23)
至此,我们将控制方程
(3-8)
至
< br>(3-13)
转换成统一的输运方程
(3-23)
形式。
PHOENICS
采用控制容积法进行方程离散。所谓控制容
积法即在有限小的(由网格确定
)
控制容积内,对
方程
(3-22_
作一次积分,使方程降阶后,再按
一定的差分格式离散方程。图
3-1
为
X-Y
平面上的网格与控
制容积的关系。
Y
N
n
W w
P
e
E
s
S
? X
图中
P
表示中心节点,
N
、
S
、
W
、
E
为该节点周围最近的四个节点。虚线内为该节点的
控制容积,
n
、
s
、
w
、
e
为控制容积各个面上的中点
(
对于均匀网格
)
,但若网格非均匀,上述交点可不为中点。在图
3-1<
/p>
所示
的控制容积内对方程
3-23
进行积分得
:
Je-Jw+Jn-Js= DxDy
(3-24)
Je
、
Jw
、
Jn
和
Js
是整个控制容积面上的积分总流量,
即
Je
个界面
e
p>
上的
依此类推,
S
为
(3-25)
类似地,我们在整个控制容积内积分连续方程可得
:
Fe-Fw+Fn-Fs=0
(3-26)
式中
Fe
、
Fw
、
Fn
及
Fs
是通过控制容积
面的流量,如果在点
e
的
ru
代表整个界面
e
上的值,我们就可以
导出
:
Fe=(ru)eDy
类似地
:
Fw=(ru)wDy
Fn=(ru)nDy
Fs=(ru)sDy
(3-24)-F*(3-26)
得
:
(Je-FeF)-(Jw-FwF)+(Jn-
FnF)-(Js-FsF)= DxDy
(3-28)
为说明问题,本文我们采用混合格式离散方程即
:
Je-FeFp=aE(Fp-FE)
Jw-FwFp=aW(Fw-Fp)
Jn-
FnFp=aN(Fp-FN)
Js-FsFp=aS(Fs-Fp)
式中
:
aE=DeA(|pe||)+[[-Fe,0]]
aW=DwA(|pw||)+[[-Fw,0]]
aN=DnA(|pn||)+[[-Fn,0]]
aS=DsA(|ps||)+[[-Fs,0]]
De=
Dw=
Dn=
Ds=
贝克列数定义为
:
Pe=Fe/De
Pw=Fw/Dw
Pn=Fs/Ds
函数
A(|P|)
采用混合方安推荐的公式
:
A(|P|)=[[0,1-0.5|p|]]
符号
[[x,y]]=max(x,y)
将源项
S
尽可能地线性化为
S=SC+SPFP
至此,我们可以把二维的离散化方程写成
:
apFp=aeFE+awFw+aNFN+asFs+b
b=ScDyDx
式中
:
ap=aE+aw+aN+as-spDxDy
至此,方程离散化已完成。
p>
理论上讲,到目前为止已经可以进行计算求解了,但目前的离散方法计算很容易产生锯齿形压
力场,而
这又是不合理的,一般解决该问题的方法是才用交错网格法。所谓交错网格即<
/p>
:
把速度
u
、<
/p>
v
及压力
p
分别
储存在三套不同网格上的网格系统,
u
控制容积与主控制容积之间
x
方向有半个网格步长的错位,而<
/p>
v
控
制容积与主控制容积之间在
y
方向上有半个步长的错位。
在交错网格中一般
F
变量的离散过程及结果与
3.1.2
节所述相同。
但对动量方程而言,
则带来一些新的特
点
:
a.
积分用的控制容积不是主控
容积而是
u
、
v
各自的控制容积。
b.
压力梯度
项从源项中分离出来。例如对
ue
的控制容积
< br>:
?
(pp-pe)Dy
这里假设在
ue
的控制容积的东、西界
面上压力是各自均匀的,分别为
pE
、
pp
。于是关于
ue
的离散方程
具有以下形式
:
aeue=?
anbunb+b+(pp-pe)Ae
类似地,对
vn
< br>的控制容积作积分可得
:
anvn=?
anbvnb+b+(pp-pN)An
3.1.3
计算方法
3.1.3.1
SIMPLE
算法的计算步骤
采用
SIMPLE
算法实施关于
u
、
v
、
p
代数方程的分离式求解时,计算步骤如下<
/p>
:
(1)
假定一个速度分布,记为
u0
,
v0<
/p>
,以次计算动量离散方程的系数及常数项
;
(2)
假定一个压力场
p*;
(3)
依次求解两个动量方程,得
u
*
、
v*
(4)
求解压力修正值方程,得
p
’
;
(5)
据
< br>p
’改进速度值
;
(6)
利用改进后的速度场求解那些通过源项物性等与速度场
耦合的
F
变量。如果
F
并不影响流场,则应在
速度场收敛后再求解
;
(7)
利用改进后的速度场重新
计算动量离散方程的系数,并用改进后的压力场作为下一层次迭代计算的初
值。重复上述
步骤,直到获得收敛的解。
<
/p>
PHOENICS
程序计算方法采用的是
SIMPLEST
算法,与
SIMPLE
相比,它主要有以下两个特点
:
(1)
对流项采用迎风格式,因为这是一个绝对稳定的格式,
且扩散项与对流项的影响系数可以分离开来,
不象指数
(
或乘方
)
格式那样综合在一起,至于由迎风差
分所引起的假扩散问题,则采用逐步加密网格、以
获得与网格稀密程度无关的解这种做法
加以克服。
(2)
把相邻点的影响系数表示成对流分量
cnb
及扩散分
量
dnb
之和,并把对流部分全部归入源项,于是
ue
的动量方程为
:
aeue=?
( dnb+cnb)unb+b+Ae(pP-
pE)
=?
dnbunb+(b+?
cnbu*nb
)+Ae(pP-pE)
由此可见,当扩散项略而不计时,动量方程实际上采用
Jacobi
的点迭代。点迭代的收敛速度是比较慢的,
但是由于对流项与压力之间的耦合关系等原因,正希望利用这一特性以防止迭代发散。这种混合式的计
算
方法有利于促进强烈非线性问题的迭代过程收敛,
SIMPL
EST
的计算步骤与
SIMPLE
基本
相同。
PHOENICS
求解时可采用点迭代、线迭代、面迭代等方法迭代求解。
图
3-2
为
PHOENICS
采用全场求解方法时的计算步骤
:
DO ISITEP = 1, LSPTEP
DO ISWEEP = 1,LSWEEP
DO IZ = 1,NZ
Apply previous
sweep
’
s pressure &
velocity corrections
DO IC = 1,LITC
Solve scalars in order
KE, EP, H1, C1, C2, .... C35
ENDDO
Solve
velocities in order
V1, U1, W1
Construct and store pressure correction
sources
and coefficients
ENDDO
Solve and
store pressure corrections whole field
ENDDO
ENDDO
图
3-2
4.
结论
本文仅对
PHOENICS
程序的控制方程及计算方法进行了简单的介绍,
以给出
PHOENICS
程序求解问题的
< br>大概方法。
PHOENICS
程序是一个大型通用计算程
序,可计算的领域很多,视个人理论基础的不同,计算
的结果和应用的范围差别很大。而
要想完全掌握
PHOENICS
程序的理论部分,最好在掌握了
PHOENICS
一般理论基础上,结合课题逐步对其理论及方
法研究掌握。
PHOENICS
程序附有完整的帮助系统,在使
用
当中遇到问题时可随时查阅。这些仍不能满足要求时可查阅
P
HOENICS
杂志及报告。
32.
有限差分法
< br>/
有限元方法
/
有限体积法
p>
有限差分方法
(FDM)
是计算机数值模拟最早采用的方法,至今仍被广泛运用。该方法将
求解域划分为差分
网格,
用有限个网格节点代替连
续的求解域。
有限差分法以
Taylor
级
数展开等方法,
把控制方程中的
导数
用网格节点上的函数值的差商代替进行离散,
从而
建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。
该方法
是一种直接将微分问题变为代数
问题的近似数值解法,数学概念直观,
表达简单,
是发展较
早且比较成熟
的数值方法。
对于有限差分格式,从格式的精度来划分,有一阶格式、二阶
格式和高阶格式。从差分
的空间形式来考虑,可分为中心格式
和逆风格式。考虑时间因子的影响,差分格式还可
以分为显格
式、隐
格式、显隐交替格式等。目前常见的差分格式,主要是上述几种形式
的组合,不同的组合构成不同的差分
格式。差分方
法主要适用于有结构网格,网格的步
长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。
构造差分的方法有多种形式,
p>
目前主要采用的是泰勒级数展开方法。
其基本的差分表达
式主要有三种形式:
一阶向前差分、一阶向后差
分、一阶中心差分和二阶中心差分等,
其中前两种格式为一阶
计算精度,后两
种格式为二阶计算精度。
通过对时间和空间这几
种不同差分格式的组合,
可以组合成
不同的差分计算格式。
有限元方法的基础是变分原理和加权余量法,其基本求解思想是把计算域划分为有限个
互不重叠的单元,
在每个单元内,
选择一些合适的节点作为求解函数的插值点,
将微分
方程中的变量改写成由各变量或其导
数的节点值与所选用的插值
函数组成的线性表达式
,
借助于变分
原理或加权余量法,
将微分方程离散求解。
采用不同的权函数和
插值函数
形式,便构成不同的有限元方法
<
/p>
有限元方法最早应用于结构力学,后来
随着计算机的发展慢慢用于
流体力学的数值模拟
。
在有限元方法
中,
把计算域离散剖分为有限个互不重叠
且相互连接的单元,<
/p>
在每个单
元内选择基函数,
用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解,整个计算
域上总体的
基函数可以看为由每个单元基函数组成的,则整个计算域内的解可以
看作是由所有单元
上的
近似解构成。
在河道数值模拟中,
常见的有限元计算方法是由变分法和加权余
量法
发展而来的里兹法和伽
辽金法、
最小二乘法等。根据所采用的权函数和插值函数的不同
,有限
元方法也分为多种计算格式。从权
函数的选择来说,有配置法、矩量法、最小二
乘法和伽辽金法,从计算单元网格的形状来划分,有三角形
网格、四边形网格和多边形
网格,从插值函数的
精度来划分,又分为线性插值函数和高次插值函数等。不
同的组合
同样构成不同的有限元计算格式。
对于权函数,伽辽金
(Galerkin)
法是将权函数取为逼近函数
中的基函数
;最小二
乘法是令权函数等于余量本身,而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小;
在配
置法中,先在计算域
p>
内选取
N
个配置点
。令近似解在选定的
N
个配置点上严格
满足微分
方程,即
在配置点上令方程
余量为
0
。
插值函数一般由不同次幂的多项式组成,但也有采用三角函数
或指数函数
组成的乘
积表示,但最常
用的多项式插值函数。有限元插值函数分为两大类,一类只要求插值多
项式本
身在插值点取已知值,称为拉格朗日
(Lagr
ange)
多项式插值;另一种不仅要求插
< br>值多项式本身,还要求它
的导数值在插值点取已知值,
称
为哈密特
(Hermite)
多项式插值
。
单元坐标有笛卡尔直角坐标系和无因次自
然坐标,有对称和不对称等。常采用的无因
次坐标是
一种局部坐标系,它的定义取决于单元的几何形状,
一维看作长度比,二维看
作面积比,三维看作体积比。在二维有限元中,三角形单元应用的最早,
近来四
边形等
参元的应用也越来越广
。对于二维三角形和四边形电源单元,常采用的插值函数为有
La
grange
插
值直角坐标系中的线性插值函数及二阶或更
高阶插值函数、
面积坐标系中的线
性
插值函数、
二阶或更高阶
插值函数等。
对于有限元方法,其基本思路和解题步骤可归纳为
(1)
建立积分方程,根据变分
原理或方
程余量与权函数正交化原理,建立与微分方程
初边值问题等价的积分表达式,这是有限元法的出发
点。
(2)
区域单元剖
分,根据求解区域的形状及实际问题的物理特点,将区域剖分为若干
< br>相互连接、不
重叠的单元。
区域单元划分是采用有限元方
法的前期准备工作,
这部分工
作量比
较大,
除了给计算单元和
节点进行编号和确定相互之间的关系之
外,
还要表示节
点的位置坐标,
p>
同时还需要列出自然边界和本质边
界的节点序号和相应的边界值。<
/p>
(3)
确定单元基函数,根据单元中节点数目及对近似解精度的要求,选
择满足一定插值条
p>
件的插值函数作为单元基函数。
有限元方
法中的基函数是在单元中选取的,
由于各单元
具有规则的几何形状,在选取基函数时可遵循一定的法则。
(4)
单元分析:将各个单元中
的求解函数用
单元基函数的线性组合表达式进行逼近;
再将
p>
近似函数代入积分方程,
并对单元区域进
行积分,
可获得含
有待定系数
(
即单元中各节点
的参数值
< br>)
的代数方程组,称为单元有限元方程。
(5)
总体合成:在得出单
p>
元有限元方程之后,将区域中所有单元有限元方程按一定法则进
行累加,形成总体有限元方程。
(6)
边
界条件的处理:
一般边界条件有三种形式,
分为本质边界条件
(<
/p>
狄里克雷边界条件
)
< br>、
自然边界条件
(
黎曼边
界条件
)
、混合边界条件
(
柯西边界条件
)
。对于自然边界
条件,
一般在积分表达式中可自动得到满足。对于
本质边界条件和混合边界条件,需按一定法
则对总体有限元方程进行修正满足。
(7)
解有限元方程:根
据边界条件
修正的总体有限元方程组,
是含所有待定未知量的封闭
方程组,
采用适当的数值计算方法求解,
可求
得各节点的函数值。
有限体积法(
Finite
V
olume Method
)又称为控制体积法。其基本思路
是:将计
算区域
划分为一系列不重复
的控制体积,并使每个网格点周围有一个控制体积;将待解的微分
方程对每
一个控制体积积分,
便得出一组离散方程。
其中的未知数是网格点上的因变量
的数值。
为了求出控制体积
的积分,
必须假定<
/p>
值在网格点之间的变化规律,
即假设
值
的分段的分布的分布剖面。从积分
区域的选取
方法看来,
有限体积法属于加权剩余法中
的子区域法;
从未知解的近似方法看来,有限体
积法属于采用局
部近似的离散方法。简
言之,子区域法属于有限体积发的基本方法。
有限体积法的基本思路易于理解,
并能得出直接的物理解释。离散方程的物理意
义,就
是因变量
< br>在有限大小的控制体积中的守恒原理,如
同微分方程表示因变量在无限小的控
p>
制体积中的守恒原理一样。
限体积法得出的离散方程,要求因变量
的积分守恒对任意一组控制体积都得
到满足,
对整个计算区域,
自然也得
到满足。
这是有限体积法吸引人
的优点。有一些离散方法,
p>
例如有限差分法,仅当网格极其细密时,离散方程才满足积分守恒
;而有限体
积法即使
在粗网格情况下,也显示出准确的积分守恒。
就离散方法而言,有限体积法可视作有限单元法
和有限差分法的中间物。
有限单元法必
须假定
值在网格点之间的变化规律<
/p>
(既插值函数)
,并将其作为近
似解。有
限差分法只
考虑网格点上
的数值而不考虑
值在网格点之间如何变化。有限体积法只寻求
的结
点值
,
这与有限差分法相类似;
但有限体积法在寻求控制体积的积分时
,必须假定
值在网格
点之间的分
布,这又与有限单元法相类似。在有限体积法中,插值函数只用于
计算控制
体积的积分,得出离散方程之
后,便可忘掉插值函数;如果需要的话,可以对微分方程
中不同的项采取不同的插值函数。
33.
非
结构网格和结构网格到底哪个好
不是自己编程。那么如果模型
不是太复杂,就用结构网格吧。如果模型复杂,就试着用六
面
体(
3D
)或者
4
边形(
2D
)非结构网格。如果网格划分得好,并不比结构
网格差。
注意,自己编程得情况下,非结构网格得工作量就大不少。
:
一般认为非结构化网格数值耗散
比结构化网格大
,
从而使得算同样的问题需要更多
:
的非结构化网格
.
: :
看了一篇对于旋转叶轮机械
作
CFD
计算的文献,把两种网格比较来比较去的,说了
?.
: :
不知道大家实际使用中的经验
如何?结构网格虽然分起来复杂,但是如果计算时间
..
:
:
能大大缩短的话,我也愿意多花些人力在前处理上面啊。
34.
物
理模型与数学模型在概念上的区别
物理模型是指把实际的问题
,通过相关的物理定律概括和抽象出来
并满足实际情况的物理
表征。
(这是我自己的语言)
比如,
我们研究管道内的流体流动,抽象出来一个直管,和粘性流体模型,
< br>或者我们认为管道内的液体是没有粘性的,使用一个直管和无粘流体模型
还有,我们根据热传导定律,认为固体的热流率是温度梯度的线形函数,
相应的傅立叶定律就是导热问题的物理模型
因此,不难理解物理模型是对实际问题的抽象概念,对实际问题的一种描述方式
这种抽象包括了实际问题的几何模型,时间尺度,以及相应的物理规律
数学模型就好理解了,就是对物理模型的数学描写
比如
N-S
方程就是对粘性流体动力学的一种数学
描写,
值得注意的是,数学模型对物理模型的描写也要通过抽
象,简化的过程
35.
出口物体中系数
(coefficient)<
/p>
的选取
The
physical
meaning
of
CO
of
outlet?
Posted
By:
ZHANG
ZHIQIN
email:ZZQ01@
Date: Mon, 2
Dec 2002, 11:28 p.m. When I set an outlet, the
coeficient is set 1000,sometimes it is set
1,What's the
physical
meaning
of
the
coeficient?
Thanks
Re:
The
physical
meaning
of
CO
of
outlet?
Posted
By:
Neihad
email:neihad@
Date:
Tue,
3
Dec
2002, 9:30 p.m.
Higher
coefficients
make
the
internal
conditions near
the outlet
closer
to
the
external pressure Regards
出口
物体中这个系数(
coefficient
)取得越大,最终计
算结果中出口处的压力与设
定的外部压力(
external
pressure
)
越接近,用于固定出口处的压力值
ence convergence
Posted By:
irfan email:
irfan_m2@
Date: Tue, 19 Nov 2002, 1:43 a.m.
After getting the solution, I am
facing a difficulty in judging that the particular
set
of
input
turbulence
parameters
(example;
Dissipation
length
scale
&
Turbulence
intensity
in
standard
K
E
modal), being selected are
correct. For this, should I check the residuals of
turbulence only or do I need to check
something else. I will appreciate your
guidance in this regard Re: turbulence covergence
Posted By: JinHyo, Bae
Date: Tue, 19
Nov 2002, 5:47 p.m. If you have an experimental
data for the case, you can adjust that value. If
not,
you can only use default value.
How aout using RNG K-E model?
37.
关
于局部加细技术和
NULL
物体使用
about the grid
Posted By:
konos email:
konosxkonos@
Date: Fri, 15 Nov 2002, 11:43 a.m. I
want to change the kind of the grid in a specific
area and not in the whole area.
How can
i do this? Re: about the grid Posted By: Vikas
Kumar email: vikask@
Date: Tue, 26 Nov
2002, 3:17 a.m. Use FGEM. See lib. case V201. Or
use Null object to create region of your
interest. Vikas Posted By: konos email:
konosxkonos@
Date: Wed, 27 Nov 2002, 6:52 a.m. What
is the FGEM? I can't understand the difference
between Null object and
fine_grid
lib.
case
V201
use
fine
grid.
Why
?
Can
you
help
me
?
Posted
By:
Vikas
Kumar
email:
vikask@
Date:
Thu,
28
Nov
2002,
8:27
a.m.
Pl.
visit
this
site
to
see
workshop
on
FGEM
/phoenics/d_polis/d_wkshp/
This
workshop
shows
how
to
use
a
Fine
Grid
V
olume to
increase the local resolution. Posted By: konos
email:
konosxkonos@
Date: Fri, 29 Nov 2002, 2:35 a.m. I
have tried many times to use Fine Grid
V
olume. Unfortunately, I have many
problems
with
that.
First
of
all,
in
VR-Viewer
when
I
click
on
the
'Vector
toggle'
,
the
vectors
are
completely
wrong. They have
random directions and when i have zero angle of
attack there is no symmetry What can I do ?
disappear particles in GENTRA
Posted By: tomo email:
tomogo10@
Date:
Mon, 9 Dec 2002, 12:13 a.m. In my calculation,
particle trajeciory is finished until it doesn't
reach EXIT in
GENTRA.
LUNIT6
said
the
particle
was
EXIT
by
GENIUS
Group4
IGENSC=1.
Why?
My
calculation
is
transition(not steady!). Is there
somebody who help me? Re: disappear particles in
GENTRA Posted By: support
team email:
support@
Date: Fri, 13 Dec 2002, 8:05
p.m.
In Response To: disappear
particles in GENTRA (tomo) The BUG has been fixed
in CHAM-Japan.
cs
中
PARSOL
技术的应用
PARSOL I am
currently running a
model in P3.4 that
investigates air
movement and
temperature profiles in an
attrium.
The
attrium
has
some
complex
geometry.
I
have
run
the
model
successfully
with
a
relatively
fine
grid
successfully, to
increase the accuracy I turned on parsol. The
model crashed after about 30 iterations and the
model
not sufficiently converged. When
I reduce the number of grids in the space and turn
parsol on it works, but the
accuracy of
the refined grids is lost. PARSOL algorithm has
been improved in PHOENICS 3.5. For conjugate heat
transfer problem, the solution crashes
in certain cases. I have found similar problem.
p>
-----------------------------------------
-------------------------------------
can u explain what is PARSOL?thanks!
---------------------------
--------------------------------------------------
-PARSOL
PARSOL,
the
technique
for
improving
the
accuracy
of
flow
simulations
for
situations
in
which
a
fluid/solid
boundary
intersects some of the cells of a cartesian or
polar-co-ordinate grid obliquely.
当你的计算
域中有
wedge
物体时,如果想让流场算的比较合理,最好用
这个命令,
这在
PHOENICS<
/p>
的入门算例中有一个,祝好运。
p>
如果有什么不太明白的,最好查找
POLIS
,里面的解释比较详细。
39.
如何编译
Plant
编译
Plant
时出现如下错误
: C:phoenicsD_PRIV1>call
phoenicsd_satell..d_utilsd_windf.. Out
of environment space Adding DIGITAL
PHOENICS to path Too many parameters Bad command
or file name Out
of environment space
Out of environment space Out of environment space
C:phoenicsD_PRIV1>call bldear Bad
command or file name
C:phoenicsD_PRIV1>pause Press any key to continue
. . .
这是什么问题
?
望用过的
高手
告
知
,
我
的
计
算
机
p>
中
安
装
了
Digital
Fortran6.5
和
VC6.0
,
并
且
在
p>
文
件
中
设
定
了
路
径
.
_____________________
________________________________
将
fortran
中的
<
/p>
文件中的
%PA
TH%
< br>改成
TH%
,同样查找用到的<
/p>
phoenics
批处理文件,做一
样的
改动。
good luck.
______________
_______________________________________
是这样的,
在
phoenics
p>
和
fortan
中均要设置路经。
在
Q1
文件中可按
pl
ant
要求格式写而后编译连接运行
erath!
____________________________________________ _________
在批处理文件上点击右键
,
将内存变量扩大
.
__
__________________________________________________
_
批处理文件?不好意思,不大明白,请具体说说。
__________________________________________
___________
告诉我你用的
PHOENICS
版本和
FORTRAN
< br>版本
,
我用的
FORTRAN<
/p>
是
FORTRAN
CS3.4
,
******VISUAL DIGITAL
FORTRAN 6.0
不好使
.
批处
理文件是指运行中调用的
.BA
T
文件
.
CS
中
EPKE
这个变量的含义
EPKE = EP/KE and this ratio
provides a measure of the frequency of the large-
scale turbulent motion You will
have to
specify KE and EP for the inlet if you are using
k-e family turbulence models. The suggested values
for
KE
and
EP
can
be
found
in
POLIS,
or
you
can
use
your
own
values.
KE
and
EP
then
will
be
solved
by
PHOENICS
with
the
boundary
conditions
specified.
EPKE
=
EP/KE
which
is
a
ratio
of
dissipation
rate
over
turbulent energy, so
this may be a measure of the state of turbulence
cs3.5
中,
Objects
中的
Null<
/p>
的意思
null
是假想的空物体,
对计算域的形状没有任何影响。
它的作用是用来改变计算域的网格划分,
从而反映某些局部的细节信息。
例如,炉膛的燃烧器区域流场变化比较剧烈,
为了真实地反映燃烧器区域的流场情况,
需要根据具体情况,加入若干个
null
物体。
它等效于局部加细网格,但在
PHOENICS
中,它比局部加细网格好收敛一些。
cs
如何安装
请教高手
,
如何弄到
phoenic
x3.2
的密码
.
——————————————————————————
<
/p>
一般来说,
很难弄到密码。
但是,
phoenics 3.2
版本
的有相应的
Crack
文件。
比如像其可执行文件
PVREXE
就
有一个
pvrexe_
。执行
pvrexe_
后就好了。
这个版本的网上应该能找到。
我就是装了这
个版本的
——————————————————————————
<
/p>
其实
Phoenics
最新版本是
3.4
网络版的。
Phoenics
软件的安装解密过程如下,希望对大家有所帮
助!
Unlocking
PHOENICS
PHOENICS
is
locked/unlocked
using
a
machine-
dependent
unlocking
string
present
in
the
CONFIG
file
in
the
directory
phoenicsd_allpro.
For
PCs,
PHOENICS
can
be
unlocked using the id of
a dongle, or by using the hard disk
V
olume Serial Number. A dongle is more
flexible since
it can be moved from PC
to PC, thus allowing PHOENICS to be
used on any one PC at a time. PHOENICS
is
normally supplied with a dongle, and
with an unlocking string for a dongle already
present in the CONFIG file. If
a
user
does
not
have
a
dongle,
or
cannot
use
one,
then
it
will
be
necessary
to
inform
CHAM
of
the
hard
disk
V
olume
Serial Number so that a suitable unlocking string
can be supplied. The V
olume Serial
Number of a disk
can be obtained by
typing the command
‘
V
ol
’
at the
DOS command prompt. Under Windows, this can be
done
from an MS-DOS window. For UNIX
based computers, the CPU dependent ID string (i.e.
unlocking string) will
be supplied by
CHAM on receipt of the CPU (or equivalent)
identifiers for each computer or processor on
which
PHOENICS is to be run. An example
of the unlocking string and its location in the
CONFIG file is shown below
(the example
is not currently valid). The unlocking string
consists of the line starting with the text 'ID='
* ------ The
configuration file CONFIG
for PHOENICS version 3.4 ------
ID=:9(L8P3Y)P5ABG1AIOA/2D:SF dongle March
2001
*----------------------
-----------------------------------------------
SITE=
CHAM
*-----
--------------------------------------------------
--------------
SA
TPRE=phoenicsd_satell
EARPRE=phoenicsd_earth
PHOPRE=phoenicsd_photon AUTPRE=phoenicsd_photon
The Node Id of a PC
is either the
dongle number (currently 10793) or the hard disk
V
olume Serial Number. The Node Id is
displayed
when a PHOENICS program fails
due to expiry of an unlocking string, and is on
the line following the text
‘
The
ID of this node is . . . .
.
’
On Windows
systems, this message is written to the file luout
in the current working
directory. The
Node Id should be recorded on the unlocking
request form provided and returned to:
Installation
Section Tel: 020 8947 7651
CHAM, Fax: 020 8879 3497 Bakery House e-mail: bmz@
40 High Street,
Wimbledon London SW19
5AU
功能使用
使
用
PLANT
,必须在
Q1
文件中加上
NAMSAT=MOSG
PLANT
语句必须写在
Plant
Begin
和
Plant End
之间
PLANTBEGIN
PLANT
语句
.
.
.
PLANTEND
44.
如
何才能成为
CFD
高手
呵呵,好久没思考这个问题了,记得刚接触
< br>CFD
时,也是一脸惶恐,这个不懂,哪个
不知,整个灰头土脸,还得小心老板盘问,同学比较!痛苦<
/p>
+
郁闷
ing!
时间长了,脸
皮厚了,也学到一点
东东,但是心里依然有种说不出的烦闷,就是为什么我不懂的有
那么多?我什么时间也能成为一个高手?
仔细总结了一下,其实也成为计算流体力学也不是很难,下面
就简单叙述一下:
1.
所谓计算流体力学,顾名思义,需要计算和流体力学知识,要成为高手,首先要有
< br>
扎实的数学功底和流体力学知识。数学是很难弄的,
有些人(包括我)看见偏微分就
烦
,看见老长老长的数学推导就想略过。其实这和国内的教科书有很大关系,因为从
小看到的数学书都是冷冰冰,让人怪不舒服的。所以如果现在
要补数学,首先要找些
有趣点的教
材。这个非常关键,没有兴趣学数学还不如自杀痛快!对于流体力学,尤