找回密码
 注册
查看: 1377|回复: 7

关于近壁面网格过密导致无法计算的问题-1

[复制链接]
发表于 2021-2-3 12:43:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
本帖最后由 chuchenhui 于 2021-2-3 12:46 编辑

问题背景:高度150m,长宽30m左右的 超高建筑1:1吹风数值模拟。采用混合网格,建筑物周围采用非结构网格。近壁面最小尺寸0.5,到混合网格边界尺寸为2。交界处在ICEM设置对齐,并设置interor。
问题内容:基于边界层理论,无论是RANS还是LES 都有自己的Y+取值范围。总体上,我可以保证,我在划分网格的程序是正确的。包括各种设置。
但是在我建模试算的过程中,出现了下面的问题。采用RANS或者LES 通过NASA或者自己试算,保证Y+达到30~60或者小于1的话,近壁面法向网格尺寸要达到1E-5到1E-6这个数量级。如图所示
(无法上图)
而事实上,我在划分非结构网格棱柱层边界时,一旦画到这个数量级的边界层高度时,导入FLUENT基本上很难通过初始化,就发散了。或者即使通过初始化,但计算几步就发散了。根本无法收敛。 如图所示:
(无法上图)
但是,如果不加边界层。那么是能够收敛并得到数值结果。但近壁面网格尺寸根本无法满足Y+要求,因此得到的结果也不可信。我在查阅很多文献时,对于复杂几何体。有的文献要么不提边界层、y+,要么只简单交代达到Y+要求。但是否怎的达到,达到了还能不能收敛。我持怀疑态度。
综上所述。我的问题是,根据边界层理论。近壁面网格要划分很细,达到很小的数量级。但经过我多个案例试算。如果近壁面网格法向网格划分过密,多数情况,FLUENT是无法计算或收敛的。
那么,请问各位同学老师。你们出现过这种问题吗? 怎么即保证Y+,又能计算收敛得到数值解?
如果说,近壁面过密,就会导致计算发散,无法求解。那岂不和边界层理论完全矛盾了吗~
这是我一直想不通的问题。请各位同学专家共同讨论。

 楼主| 发表于 2021-2-20 10:35:52 | 显示全部楼层
自己顶一下。
哪位专家帮忙解释下~ 一直无法越过这个问题,近壁边界层一旦设置过密就浮点溢出。
大家都没有遇见过这个问题吗~
 楼主| 发表于 2021-2-21 21:26:25 | 显示全部楼层
自己顶一下。
哪位专家帮忙解释下~ 一直无法越过这个问题,近壁边界层一旦设置过密就浮点溢出。
大家都没有遇见过这个问题吗~
发表于 2021-2-22 11:58:37 | 显示全部楼层
壁面附近的网格应该采用结构网格或棱柱形网格,远离壁面的区域倒是可以采用非结构网格。另外湍流模型中使用了壁面函数的话,Y+的尺度可以放宽,不一定要达到1.

点评

老师,非常感谢您的解答。 您说的理论我都理解。因为我是新注册的号码,无法贴图。 目前为了验证和解决这个问题。我做了很多尝试。包括做标准长柱体模型(CAARC模型),用的都是结构网格,非常规整,在ICEM中检查  详情 回复 发表于 2021-2-22 12:25
 楼主| 发表于 2021-2-22 12:25:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 chuchenhui 于 2021-2-22 12:27 编辑
周华 发表于 2021-2-22 11:58
壁面附近的网格应该采用结构网格或棱柱形网格,远离壁面的区域倒是可以采用非结构网格。另外湍流模型中使用 ...

老师,非常感谢您的解答。
您说的理论我都理解。因为我是新注册的号码,无法贴图。
目前为了验证和解决这个问题。我做了很多尝试。包括做标准长柱体模型(CAARC模型),用的都是结构网格,非常规整,在ICEM中检查,质量全部大于0.8、斜交性、雅克比都没问题。但导入FLUENT检查CASE,就说网格正交性较差,小于0.01。但我这套网格全部都是正六面体标准结构网格啊。
因为是建筑风工程,所以结构尺度都很大,几百米。
所以一旦近壁网格加密到微米级,导入FLUENT中,不管用什么湍流模型、求解方程和离散格式,改变出风口边界条件(OUTFLOW、PRESS-FLOW)、减小松弛系数、改变进口边界条件、改变压力、密度求解器、甚至用两个版本的FLUENT计算(19和20)等等,能尝试的方法我都尝试了~
都是几步就浮点溢出。但边界层放宽就能很流畅的计算并收敛。但查看壁面Y+,都是几百了~ 而且我要做LES的话,这个Y+自己都不说服不了。
所以我现在很是迷惑~ 到底哪里没考虑到,其他人是怎么做的呢,怎么能保证近壁Y+,且能正常计算并收敛。
 楼主| 发表于 2021-2-22 12:43:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 chuchenhui 于 2021-2-22 13:38 编辑

为解决和验证这个问题,我尝试了以下做法。
均采用K-E,K-W,增强壁面函数(主要为了满足Y+为LES做准备)
1、简单几何体,非结构网格,(a)近壁棱柱层边界1E-5(无法初始化,浮点溢出)(b)近壁棱柱层边界1E-4(无法初始化,浮点溢出)、(c)近壁棱柱层边界1E-3,可以计算,稳定性较差,降低松弛因子可以收敛。(d)近壁棱柱层边界1E-2,默认松弛因子,可以稳定收敛。结果比较符合实际(Y+~100+)。
2、简单几何体,结构网格,(a)O型网格边界层,1E-3以下无法初始化,浮点溢出。1E-2以上,开始不稳定,调节松弛因子后基本稳定收敛。结果比较符合实际。(Y+~100+)。此外,即使计算收敛,程序还是时程提示湍流粘度比被限制,以及压力修正鲁棒性等信息。
以上计算过程都应用多种离散格式求解,对收敛性、稳定性影响不大。结构网格在ICEM网格质量检查结果非常理想,非结构网格质量也符合要求。按道理说网格尤其是近壁网格越密,越有助于收敛,计算结果越精确。但目前我的几个案例算下来,确和有限元网格理论完全相反。蒙了~
·

                               
登录/注册后可看大图

发表于 2021-2-22 14:11:27 | 显示全部楼层
你尝试过不同的初始化方法吗?有时候初始化方法改变一下就可以算了。

点评

谢谢老师建议。 这些都尝试过了,标准初始化,从入口开始。不需要迭代10次,混合初始化,迭代10次,近壁网格很密时直接浮点溢出,放宽一点,可以迭代完成,但有时会提醒没有达到1E-6的初始迭代标准,进一步放宽网格  详情 回复 发表于 2021-2-22 14:34
 楼主| 发表于 2021-2-22 14:34:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 chuchenhui 于 2021-2-22 14:40 编辑
周华 发表于 2021-2-22 14:11
你尝试过不同的初始化方法吗?有时候初始化方法改变一下就可以算了。

谢谢老师建议。
这些都尝试过了,标准初始化,从入口开始。不需要迭代10次,混合初始化,迭代10次,近壁网格很密时直接浮点溢出,放宽一点,可以迭代完成,但有时会提醒没有达到1E-6的初始迭代标准,进一步放宽网格,就能顺利完成混合初始化。
也就是说,无论哪种初始化。只要网格过密,都会提醒浮点溢出,或勉强达到初始化标准。但即便进入到初始化,也会算几步后开始浮点溢出或发散。发散时会提醒,湍流粘度比、鲁棒性、还有AMG什么的,总之就是算不下去~反正只要加密近壁面网格,就是算不了~
另外,我在ICEM中检查网格质量是很好的,但到FLUENT中检查网格质量,就提醒正交性<0.01,建议修改网格。提示是这样的:
Minimum Orthogonal Quality =  6.07178e-04 cell 471140 on zone 10 (ID: 1917556 on partition: 2) at location (-6.18114e+00  1.53410e+00  1.80000e+02)
(To improve Orthogonal quality , use "Inverse Orthogonal Quality" in Fluent Meshing,
where Inverse Orthogonal Quality = 1 - Orthogonal Quality)
Warning: minimum Orthogonal Quality below 0.01.

Maximum Aspect Ratio =  4.82833e+04 cell 450246 on zone 10 (ID: 1919912 on partition: 2) at location (-3.08994e+00 -6.63430e+00  1.80000e+02)

Fluent can try to improve the mesh quality via the TUI command
/mesh/repair-improve/improve-quality

上面这个坐标点,我查了一下,是长方体顶面的流体域网格。这个长方体,我用O型外网个划分边界层。底下是WALL,其余几个面向外扩散1m,满足Y+,边界层要达到1E-5左右,增长率1.2。我检查顶面网格,没发现有什么异常。难道是网格长宽尺度和法向尺度比例过大? 那岂不是所有加密边界层都会存在这个问题。

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表