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培訓教材第六節(jié)：瞬態(tài)模擬安世亞太科技（北京）有限公司ANSYSCFX培訓教材安世亞太科技（北京）有限公司原因自然界幾乎所有流動都是瞬態(tài)流動!在以下假設下，可以認為流動是穩(wěn)態(tài)的:忽略非穩(wěn)態(tài)波動采用總/時均方法，忽略流動的波動性

(這也是為什么采用湍流模型模化湍流的原因)在CFD,首選穩(wěn)態(tài)的計算方法更小的計算代價更易處理和分析很多情況下，要求瞬態(tài)求解:空氣動力學(Aerodynamics),如飛行器、汽車等

–渦脫落(vortexshedding)旋轉(zhuǎn)機械RotatingMachinery–轉(zhuǎn)子/靜子相互作用,停車,飛逸多相流MultiphaseFlows–自由液面,空泡動力學變形計算域DeformingDomains–缸內(nèi)燃燒非穩(wěn)態(tài)熱傳遞UnsteadyHeatTransfer–瞬態(tài)加熱和冷卻更多原因自然界幾乎所有流動都是瞬態(tài)流動!瞬態(tài)流動的起源自然的非穩(wěn)定性流動的不穩(wěn)定性或非穩(wěn)定的初始流動狀態(tài)導致非穩(wěn)定流動例如:自然對流,所有尺度的湍流渦,流動波(重力波,沖擊波)強迫非穩(wěn)定性時間相關(guān)的邊界條件,源項驅(qū)動的非穩(wěn)定流場例如:噴嘴處的脈沖流,轉(zhuǎn)子-靜子節(jié)間的相互影響Kelvin-HelmholtzCloudInstabilityRotor-StatorInteractioninanAxialCompressor瞬態(tài)流動的起源自然的非穩(wěn)定性Kelvin-Helmholtz瞬態(tài)CFD模擬瞬態(tài)流域的模擬都是基于一個指定的時間周期可能的求解方法:穩(wěn)態(tài)求解

–流動變量不隨時間改變時間周期求解

–流動變量以某種反復的模式波動也可以通過指定時間間隔的方法簡單的進行流動分析.自由面流動沖擊波的運動等.詳細分析關(guān)心的量固有頻率

，如.斯特勞哈爾數(shù)(StrouhalNumber)時均(Time-averaged)和/或

均方根(RMS)值與時間相關(guān)的參數(shù)

(如.冷卻一個熱的固體的時間要求,污染物的擴散時間)譜數(shù)據(jù)

–快速傅里葉變換(FFT)瞬態(tài)CFD模擬瞬態(tài)流域的模擬都是基于一個指定的時間周期20Timestep=2sInitialTime=0sTotalTime=20sCoefficientLoops=524681012141618Time(seconds)5coefficientLoops通過計算不同離散時間點的方法完成瞬態(tài)模擬在每個時間點，都需要進行計算迭代如何求解瞬態(tài)問題20Timestep=2s24681012141618對穩(wěn)態(tài)計算也有相似的設置通常的工作流程：設置分析類型為Transient指定瞬態(tài)求解時間和時間步長設置物理模型和邊界條件邊界條件可以隨時間變化指定初始條件最好采用符合實際的物理條件,比如穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果指定求解器設置設定瞬態(tài)結(jié)果文件(resultsfiles),瞬態(tài)統(tǒng)計(transientstatistics),監(jiān)測點(monitorspoints)運行求解器如何求解瞬態(tài)問題對穩(wěn)態(tài)計算也有相似的設置如何求解瞬態(tài)問題1.分析類型在目錄樹上編輯AnalysisType，設置option為Transient1.分析類型在目錄樹上編輯AnalysisType，設置設置TimeDuration控制求解結(jié)束時間選項:TotalTime求解的總時間TimePerRun不計以前計算的所有時間MaximumNumberofTimesteps包括以前所完成的計算時間步NumberofTimestepsperRun對本次求解有效.不計以前完成的時間步2.時間長度和步長設置TimeDuration2.時間長度和步長2.時間長度和步長設置TimeStepsize控制兩計算時間點之間的間隔選項:Timesteps/TimestepsfortheRun可采用不同的方式,例如0.0010.001,0.002,0.002,0.0035*0.001,10*0.05,20*0.06Adaptive通過設定收斂標準或Courant數(shù)的方法，在規(guī)定的范圍內(nèi)，時間步可以動態(tài)的改變2.時間長度和步長設置TimeStepsize2.時間長度和步長在瞬態(tài)模擬中，時間步尺寸是一個很重要的參數(shù)求解與時間相關(guān)的特征的時候，需要時間步較小…實際值時間關(guān)心的變量Dt時間關(guān)心的變量Dt時間步較大，

求解點通常不能反映真實的現(xiàn)象小的時間步，

求解點可以反映真實的現(xiàn)象2.時間長度和步長在瞬態(tài)模擬中，時間步尺寸是一個很重要的參數(shù)2.時間長度和步長…為了維持求解器的穩(wěn)定性，也需要較小的時間步關(guān)心的量可能變化緩慢(例如.固體內(nèi)的穩(wěn)定變化),如果其它量(如,速度)具有較小的時間尺度，就不能采用較大的時間步Courant數(shù)常用于評估時間步:在一個時間步內(nèi)，流體通過的網(wǎng)格的數(shù)目Courant數(shù)通常介于2–10之間,但在一些情況下該值稍高也可以接受平均的Courant數(shù)和最大Courant數(shù)在每個時間步求解器.out文件中會顯示出來小的時間步會加速收斂2.時間長度和步長…為了維持求解器的穩(wěn)定性，也需要較小的時必要的情況下,邊界條件可以是時間的函數(shù)速度,質(zhì)量流,壓力條件,溫度,等.都能作為函數(shù)表達式在CEL表達式中使用“t”或者“Time”3.邊界條件必要的情況下,邊界條件可以是時間的函數(shù)3.邊界條件最好采用與物理實際符合的初值條件經(jīng)常采用穩(wěn)態(tài)計算的收斂解作為初值瞬態(tài)模擬的初值越準確，瞬態(tài)計算得到的初值就越精確前面幾個時間步可能不收斂為了保證求解器的穩(wěn)定性，瞬態(tài)計算的最初階段需要較小的時間步計算獲得穩(wěn)定(周期模式)后，可以忽略開始的幾個循環(huán)246810121416Time(seconds)4.初始化Residuals最好采用與物理實際符合的初值條件246810121416TiTransientscheme定義瞬態(tài)項的數(shù)值算法兩個隱式時間步格式可選:FirstOrderBackwardEuler(更穩(wěn)定)SecondOrderBackwardEuler(更精確)對大多數(shù)瞬態(tài)模擬，推薦采用默認的SecondOrderBackwardEuler格式TimestepInitialisation控制前一時間步作為后一時間步計算起點的方式可以與前一求解的時間步初值(PreviousTimestep)保持一致或求解器可以通過對前一求解的外推(extrapolate),以獲得一更好的計算起點在高Courant數(shù)的情況下，不推薦使用Automatic(默認)模式

，根據(jù)Courant數(shù)的大小在兩種模式之間進行切換5.求解控制Transientscheme定義瞬態(tài)項的數(shù)值算法5.求Min.和Max.Coeff.Loops設置每個時間步內(nèi)的迭代次數(shù)的上下限爭取每個時間步可以在3-5個循環(huán)內(nèi)達到收斂Complexphysicsmayneedmoreloops如果在最大循環(huán)內(nèi)沒有達到收斂，通常來說減小時間步是較好的選擇，而不是增加循環(huán)次數(shù)不管收斂與否，求解將轉(zhuǎn)到下一個時間步監(jiān)測求解很重要5.求解控制Min.和Max.Coeff.Loops設置每個時間瞬態(tài)結(jié)果(TransientResults)默認只寫出最后的res文件不包含瞬態(tài)求解信息需要在Output控制下定義TransientResultsTransientResults選項Standard寫出包括全部結(jié)果的文件將占據(jù)大量的磁盤空間Smallest寫出最小文件，該文件依然可以作為重新計算的初值文件(文件依然較大)SelectedVariables寫出選取的關(guān)心的變量，文件將較小OutputFrequency控制結(jié)果文件寫出的頻率6.輸出控制瞬態(tài)結(jié)果(TransientResults)6.輸出控制瞬態(tài)統(tǒng)計(TransientStatistics)對求解變量生成求解統(tǒng)計Option：算法平均(ArithmeticAverage),RMS,Minimum,Maximum,StandardDeviation和Full(everything)拾取關(guān)心的變量Start和StopIterationList：定義收集統(tǒng)計開始和結(jié)束的時間6.輸出控制瞬態(tài)統(tǒng)計(TransientStatistics)6.輸出6.輸出控制MonitorPoints通常用于穩(wěn)態(tài)模擬MonitorCoefficientLoopConvergence在時間步內(nèi)為每個迭代創(chuàng)建監(jiān)測記錄用于觀察關(guān)心量在時間步內(nèi)是否在收斂默認的僅僅顯示時間步末的檢測值Tip:監(jiān)測一個表達式，在求解器管理器中將創(chuàng)建一個瞬態(tài)記錄圖表.與從瞬態(tài)結(jié)果文件創(chuàng)建圖