CFD中关于大系统——尺度差别大的问题计算 请教

xiaokongzhi

我正在CFD计算一个很大的风机系统，两台风机的功率各有6MW，以研究它的喘振特性。假如把所有的部件包括管路、阀门、烟囱等附属设施放到一个系统里进行计算，有如下问题：
1.网格的数目很多。
2.网格的尺度差距比较大，阀门风机叶轮处需要较密的网格，而管路里面网格要求则很低。
有的资料讲加入系统中的尺度相差比较大的话，会带来精度问题。计算的步长需要用到尺度较小部分的时间步长，这个我可以理解，例如这个例子中计算的时间步长要从风机的叶轮处考虑，至少要与叶轮的通过频率处于一个数量级，而系统的喘振是非常低频率的振动，两者差别为1~2个数量级。
我的问题是，
1.        误差是如何产生的，是由于用较小的时间步长在进行计算时导致大的时间步长的累计误差过大所致么？
2.        这个问题是在流体计算中独有的么，在结构计算中会不会出现这个问题？换句话说，这个是由于数值解的算法引起的，还是由物理特性引起的？
3.网格的尺度相差较大会不会引起误差

请各位不吝赐教，在此表示感谢。如我的问题中有表述不清之处，请指出以便改正，谢谢。

通流

误差是不可避免的。问题是，这些误差会不会对你的计算结果造成比较显著的影响。如何来判断，这不只是数值问题，也是流体力学问题。

针对你的问题，我的意见是
（1）误差产生的原因很多。
（2）那个计算都有误差。
（3）会。

我知道你肯定对我的回应不满意。如果你的计算资源基本没有限制，那么你的方法是可行的。否则的话，还是要先从物理上来分析，并且简化模型。

lwd1981

"加入系统中的尺度相差比较大的话，会带来精度问题",确实如此。
     这里的原因，我发表一点我个人的理解和看法。主要原因是CFD的误差，比如说二阶格式，网格尺寸平方的量级。如果单纯从绝对量来看，这实际上当网格尺寸很大的时候，绝对误差也很大，但是如果网格的尺寸相对于流场的特征尺度来无量纲化，由于计算网格数量一般很多，所以无量纲后，这个“网格尺寸平方的量级”《《《 O（1）就很小了，就可以忽略了。也就是说数值计算时，实际上隐含着一个特征尺度在里面的。
    当流场中有几个特征尺度，而且几个特征尺度相差比较大，问题就来了。在大尺度的部分，二阶格式的误差对于这部分流场的本身不会有什么影响，但是这部分误差本身就有可能将小尺寸部分的解对整个流场的贡献完全掩盖掉。小尺度部分的解的贡献就无法正确反应在整个流场中，从而给整个流场带来误差。
    当然，对尺度问题所带来的时间尺度的匹配问题是另外一回事。比如说有的流场中，有的部分的尺度需要用分子动力学求解，有的部分则在宏观连续介质范围，这种多尺度耦合的问题，时间尺度匹配就十分重要。对于你的问题还不至于。你的问题，如果采用显式推进自然时间不长有最小的网格尺寸决定，这样计算效率极其低下。如果采用隐式，可能好点，但是还是效率比较低。建议采用降阶模型。

[ 本帖最后由 lwd1981 于 2012-9-1 14:19 编辑 ]