ADINA-CFD模块中的单元可以分为三类:非FCBI单元、FCBI单元和FCBI-C单元。对于不同的分析问题,应该选用不同的单元类型进行计算。下面将详细介绍ADINA软件中各种单元的特点:(更详细的介绍请参见ADINA流体理论手册第10章)。
1.非FCBI单元
该类单元有多种。其中,二维3节点三角形单元和三维4节点四面体单元适用于低雷诺数、低佩克莱特数和高雷诺数、高佩克莱特数的流动问题以及高速可压缩流体问题。二维9节点四边形单元和三维27节点单元则适用于低雷诺数和低佩克莱特数的高黏度流动问题。6节点三角形单元是9节点四边形单元的退化形态,可以与9节点四边形单元一起使用。
非FCBI单元包含下列特点:
1)与FCBI单元相比,计算量更大。
2)可用于直接流固耦合算法。
3)可用于计算高速可压缩流体。
4)可以更准确地模拟热流问题和流固热三场耦合问题。
5)可选用直接求解器Sparse或迭代求解器Multigrid、GMRES。
2.FCBI单元
ADINA软件中提供了一种基于有限体积技术的算法flow-condition-based interpolation(FCBI)。FCBI是有限体积法的一个特例,它局部能够满足质量守恒和动量守恒,并通过对速度进行插值来满足迎风条件。与其他单元算法相比,FCBI单元通常拥有更好的稳定性和精度。FCBI单元非常适用于不可压缩、微可压缩和低可压缩流动问题,如果单元质量很好(与流动方向一致,且网格尺寸变化不剧烈),计算结果将非常可靠。
FCBI单元的特点是:
1)与FCBI-C单元相比,计算量更大。
2)可用于直接流固耦合算法。
3)可用于计算高速可压缩流体。(www.xing528.com)
4)可选用直接求解器(Sparse)或迭代求解器(Multigrid、GMRES)。
3.FCBI-C单元
与FCBI单元相似,但其所有自由度都定义在单元中心处,适用于求解大规模问题。计算过程中,认为求解变量在单元上是分段常数,而最终解则是在后处理过程中对拐角处节点值进行积分。由于自由度定义在单元中心,因此下列情况不适合使用FCBI-C单元:约束方程条件、斜坐标系和镜面反射。
FCBI-C单元的特点是:
1)提供了Simple、Simplec、PISO算法。
2)计算量小,因此可以划分更多的网格。
3)适合于使用Sliding Mesh边界条件的模型。
4)在瞬态分析中与复合时间积分(Composite)一起使用,可以模拟涡街问题。
5)可用于迭代流固耦合算法。
FCBI-C单元用于不可压缩、轻微可压缩和低速可压缩流体中。分离法(SIMPLE)只适用于FCBI-C单元,它是求解非线性流体方程的一种迭代算法,只能够使用AMG1或AMG2求解器求解。因此,使用FCBI-C单元时只能选用AMG1或AMG2求解器。
为了获得准确的分析结果,应该划分较好的网格,尤其在梯度变化较大的位置(例如,固壁边界处、回流区和高速可压缩流体的振荡区等)应该进行加密。由于单元数量受到计算机存储能力和速度的限制,为了在有限的资源下完成计算,单元应满足式(7-11)所示的条件:
式中,Δx为单元尺寸;f为计算变量。该变量既可以是高速可压缩流体冲击中的压力,也可以是边界层附件的流动速度等。
尺寸较大的单元应该用于结果梯度变化较平缓的区域,结果梯度变化较剧烈的区域则应该将单元尺寸设置得较小,以捕捉到结果梯度的变化情况。因此,计算区域内需要经常使用过渡单元,且过渡单元的尺寸必须平顺光滑。为了获得最佳的单元网格划分效果,其尺寸变化的梯度应与结果变量的二阶导数成正比。因此,在计算区域中经常需要使用变化网格,在边界层和狭窄处进行分层就是两种常用的流体单元网格划分技术。
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