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2.1.4 目标

在Flow Simulation的模型中,可以设置目标(Goal)。Flow Simulation将所有稳态流动问题均视为随时间变化的问题。求解器模块以内部确定的时间步长进行迭代以寻找稳态流场,因此必须有确定是否已获得稳态流场的标准,以便停止计算。因此从工程角度来看,可以将它们的收敛视为获得稳态解的过程。目标收敛是完成计算的条件之一,在计算控制选项下面还可以设置其他完成计算的条件。

目标主要有三方面作用:作为计算收敛的标准参量、作为计算过程中监控的参量和便于计算结果后处理。这与结构有限元仿真有很大的不同,因为在结构有限元中,通常我们不会特别指定目标量,对于初学者这似乎有点难以理解。实际上,结构有限元仿真中,软件会内置如应力、应变等收敛标准,而在CFD仿真中,特定区域或几何特征上的压力、速度、温度等收敛目标需要人为指定,这会使CFD仿真有更好的灵活性。

Flow Simulation中目标分为全局目标、体积目标、表面目标、点目标和方程目标。全局目标是指在整个CFD计算域中的目标,体积目标、表面目标、点目标顾名思义,是指在不同的几何体类型上的目标。以方程目标为例,我们可以针对需要输出的结果参量在模型中预先以方程的形式进行设置。如图2-5所示,我们对入口与出口之间的压差做了表面目标的设置,即用入口压力减去出口压力来得到压差结果。

注意: 如果模型中没有定义任何目标,Flow Simulation会采用软件内置的收敛标准进行计算,通常是压力、速度或温度等量,当计算完成时,这些量会达到收敛标准。与此同时,用户关注的某些没有定义的目标参量可能没有达到收敛标准。因此,建议用户对自己关注的物理量做目标的设置,如我们关心某个面上的温度,那么我们可以单独针对这个几何表面设置温度的表面目标。

图2-5 方程目标

目标中可以选择最小值、最大值、平均值和 绝大部分平均 (Bulk Average),如图2-6所示。绝大部分平均与平均值的差异在于,前者考虑了网格单元中流体密度差异的影响,也称为质量平均。

式中, A i 是平均参数(如温度);d V i 是第 i 个网格的体积; ρ i 是第 i 个网格中的密度;总和是对计算域中所有网格进行相加。

图2-6 体积目标

在Flow Simulation求解过程中,我们可以查看目标在迭代过程中的数值变化,如图2-7所示。其中,【当前值】表示当前计算得到的目标值。【平均值】【最小值】【最大值】分别表示分析间隔内的目标平均值、最小值和最大值。【增量】与【标准】的含义是,如果计算的目标振幅偏差(增量)在分析间隔期间变得小于目标收敛标准(由Flow Simulation自动确定,也可在计算控制选项对话框中手动指定),则目标即视为收敛。

图2-7 目标在迭代过程中的数值变化

【进度】表示的是目标的收敛进度条,是目标收敛过程的定性与定量特征。在分析目标收敛时,Flow Simulation首先计算上次迭代推测的分析间隔期间内的目标振幅偏差(增量),然后将计算得到的增量与指定的或者Flow Simulation自动确定的目标收敛标准进行对比。目标收敛标准与分析间隔上的目标增量之间的百分比即为进度值,并以目标收敛进度条表示。

当计算出的增量变为等于或小于目标收敛标准时,进度条将显示“已达到”和达到此收敛标准时的迭代次数。相应地,如果目标的实际增量振荡,进度条也会随之振荡。在求解过程中,它也可能从“已达到”的状态大幅度回退。如果已完成计算所需的迭代(以行程为单位),并且在执行必需的迭代次数前已满足目标收敛标准,就可以结束计算。因此,目标的进度条以及目标图对检查计算过程中目标的收敛表现是非常有用的,但是它不一定指示计算何时完成。如果目标没有显示进度条,它表示目标的收敛没有作为完成计算的考虑条件。

如果看到无效提示,它表示无法正确计算指定的点、表面或体积目标,因为它的值可能是无法确定的。无效目标可能在下面两种情况下出现:当参考的点、表面或体积在网格生成期间没有正确求解时,或者目标参数对于指定的点、表面或体积无效时。例如:如果在某个组件的表面上设置了力目标,而此组件在组件控制中已禁用,则会导致组件被作为流体处理。 AdG0yqP5t+ENl5Rss5vwggSYeBBkMArIqU+fbhZZdUYKhzBp8wjfXTdnyY68Ioy8

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