请教DPM里massless particle设置问题

renold

小弟刚开始学用DPM，对其中很多参数不太明白。
我在模拟单相气体在涡轮机内的非定常流动。想用massless particle追踪一个流体微元的流动轨迹。
我在Max Number of Steps和Step Length Factor都选的1。不知道这样对不对。

xrs333

不对。前者要足够大，保证轨迹的积分计算能够从头到尾能够完成。后者影响轨迹计算精度，积分时间步长约等于单元尺寸除以它。

renold

谢谢您的回复。
我现在不太明白它计算的轨迹是什么轨迹。我想知道这个流体微元在下一个时间步的位置。我试过一个转动的2d管道，刚开始时管内流体和管壁的转速完全一样，Max Number of Steps取500，这样取了管道中间的一个点，保存每一步的数据文件。我打开第二步的文件发现这个点已经运动到管壁上了，我认为结果不合理，因为它相对于管壁的位置应该和开始时差不多。不知我对轨迹计算的理解哪里有差错。

renshudong113

Max Number of Steps 。我做过一个例子，这项取50000

renold

谢谢。请问这个计算的轨迹是在一个时间步内的轨迹么？

xrs333

DPM模型的颗粒运动方程对时间积分可以得到颗粒运动轨迹。进行分散相颗粒轨迹积分计算的方式有两种：稳态追踪方式和非稳态追踪方式。不论连续相的求解是稳态还是非稳态的，都可以采用这两种方式，但是其意义是不同的。

(1) 颗粒轨迹稳态追踪方式
    所谓稳态方式是指每隔若干个连续相流场迭代步（如非耦合分散相计算，则在连续相迭代收敛后，进行结果数据处理时），在当前流场状态下，逐个地对每个颗粒进行从起始位置直到其终了（即颗粒到达计算域边界或已完全蒸发，或轨迹追踪已达最大步数）的轨迹积分计算及源项计算。稳态方式得到某一时刻连续相流场条件下在一系列积分时间步的颗粒状态，一系列颗粒位置可连成运动轨迹线。
    对于非稳态流动问题，稳态方式的颗粒轨迹积分相当于是计算颗粒在某一时刻的“冻结”流场中的轨迹，其一条轨迹并非某一颗粒的实际运动历程。对于颗粒St<<1 ，颗粒跟随性好的情况，颗粒的运动轨迹就是流动的迹线。这时，如果颗粒源（即喷射，Injection）的颗粒流数目足够大，并且分散相初始条件不随时间变化，使得从颗粒源发出的大量颗粒的初始条件在统计上是稳定的，则稳态方式计算的颗粒轨迹可以代表当时计算域内全部颗粒的运动。否则，稳态方式得到的轨迹既不是颗粒的实际运动历程，也不代表计算域内全部颗粒的运动。为了正确再现非稳态问题中分散相颗粒的运动，应采用颗粒轨迹追踪的非稳态方式，交替进行连续相迭代和分散相计算。

(2) 颗粒轨迹非稳态追踪方式
    非稳态方式是指每隔若干个连续相流场迭代步，对每个颗粒进行一轮包括一步或多步的轨迹计算及源项计算，从而将颗粒逐轮、逐步地沿轨迹向前推进，依次得到每一步计算后更新的颗粒状态（位置、速度、尺寸、温度等）。非稳态方式得到某一时刻全部颗粒的当前状态。
    采用非稳态追踪方式时，对于连续相稳态求解与非稳态求解两种情况的颗粒轨迹追踪方式不同，相关的选项和输入项也不同，分别说明如下。
  a. 连续相稳态计算时的颗粒轨迹追踪过程
    连续相稳态计算时，为了进行颗粒轨迹的非稳态追踪，分散相与连续相必须是耦合的，即必须选择Interaction with Continuous Phase选项，并指定大于0的Number of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration值。颗粒轨迹追踪方式为，每隔此连续相迭代步数，DPM求解器对每个颗粒进行一轮包含一步或多步的轨迹计算。每一步，DPM求解器计算颗粒从当前状态（位置、速度、尺寸、温度等）起在积分时间（即一个颗粒时间步长）内的运动轨迹以及动量、质量和能量损益，并得到更新的颗粒状态。同时，在每一个颗粒时间步喷射一次颗粒。一轮轨迹计算得到的分散相颗粒的动量、质量和能量损益将在下一个连续相迭代步计入连续相源项。积分时间步长和每一轮的步数由用户给定。这样，随着连续相迭代的进行，颗粒将逐轮、逐步地向前推进。
  b. 连续相非稳态计算时的颗粒轨迹追踪过程
    连续相非稳态求解时，DPM求解器在每一个连续相时间步对每个颗粒进行一轮包含一步或多步的轨迹计算。与连续相稳态计算时相同，在每一步，DPM求解器计算颗粒从当前状态（位置、速度等）起在积分时间内的运动轨迹以及动量、质量和能量损益，并得到更新的颗粒状态。每一步的积分时间以及颗粒喷射时刻的控制见下面所述相关选项和输入项，但不管选择何种方式，每个injection每次喷射的颗粒包总质量总是保证其质量流量。每一轮的步数是与连续相时间步在时间上相重叠的颗粒时间步数。这样，连续相迭代与分散相计算交替进行，颗粒将逐步地向前推进。

[ 本帖最后由 xrs333 于 2011-1-1 21:07 编辑 ]

renold

感谢您的详细讲解。
根据我的情况应该用unsteady追踪吧。请问计算轨迹时是根据当前连续相时间步下粒子的坐标和速度计算下个连续相时间步的粒子坐标么？在这个计算过程中Max Number of Steps这个参数的作用是什么呢？
谢谢

xrs333

应该用非稳态追踪。
可以这么说。
Max Number of Steps是在每一步颗粒轨迹计算中的最大积分时间步数，积分时间步达到此数，该步颗粒轨迹计算即停止，并报告颗粒终了状态为incomplete。这两个“步”容易混淆，前者是“大步”；后者是“小步”，是数值积分时间步。

renold

那么可不可以这么说，它是把一个连续相时间步长dt分成Max Number of Steps个小时间步去计算？那么Max Number of Steps的值无论选1还是500，它总是计算经过dt时间后粒子的位置，两个结果应该是差不多的吧。但是我的结果差的非常大。不知道是怎么回事。是不是和Particle Treatment里面那些选项有关？

xrs333

不是的。
    在一步颗粒轨迹计算中，积分时间步长约等于颗粒经过一个控制容积所需时间除以Step Length Factor，也就是颗粒分几步走过一个控制容积的每一步时长；另一种给定积分时间步长的方法是选择Specify Length Scale选项，这时，积分时间步长约等于所给的长度尺度（Length Scale）除以颗粒相对于连续相的速度大小。而积分步数约等于颗粒时间步长（Particle Time Step Size）除以积分时间步长，但以Max Number of Steps为限。因此，如Max Number of Steps不够大，则未到颗粒时间步长就结束一个颗粒时间步，并转入下一个颗粒时间步，因而颗粒终了状态报告为incomplete。
    你注意一下console里面的颗粒终了状态（fate）报告，如有颗粒fate为incomplete，应增大Max Number of Steps，它最大可为10^9，它主要是采用稳态追踪方式时，为了防止颗粒被捕捉到流动漩涡中无法到达边界，造成无限的轨迹追踪计算。当然非稳态追踪通常不需要那么大，但要足够大，况且大些无妨，不会增加计算量，因为积分时间步数是有限的。
    前面说“约等于”是由于速度不是常数，以及不整除的原因。

renold

那么每一步颗粒轨迹计算都要算到颗粒运动出计算域才会终结么（如果没有旋窝的话）？

xrs333

稳态追踪，是的，或者积分时间步达到Max Number of Steps。
非稳态追踪，不是。
如果时均流动是稳定的，或者说设备处于稳定工况，连续相非稳态求解，颗粒非稳态追踪，那么求解应该达到稳定工况，也就是连续相和分散相在统计上不随时间变化。

renold

我模拟的设备内部有波传播，不是稳态流动，我想知道粒子到了下一个连续相时间步跑到什么位置了，如果设一个很大的max number，那么这一步的轨迹计算结果是什么呢？

xrs333

用非稳态追踪，轨迹计算结果就是连续相时间步结束时刻的。

renold

谢谢。
另外，我想知道在每个连续相时间步上粒子的位置以及该位置上的物性参数（比如温度，熵，压力等），需不需要保留每一步的.dat文件呢？