其實最開始學習Flotherm時,自己在Flotherm軟件收斂問題也有很多迷惑。經過和很多同業人士的交流,以及自己一年多的研究,現在總結這樣幾點,希望能給新人帶來一定的指導,也希望能和這里的高手進行交流,同時也希望這一問題能漸漸引起Flotherm軟件相關人員的重視。
要說Flotherm軟件的收斂問題,首先要了解Flotherm軟件收斂是個怎么回事。Flothemr軟件是采用有限體積法進行逐步迭代來求解對流換熱的。而迭代總會有誤差的,而且這一誤差是不可能消除的,由于數值計算在求解動量、能量、質量三大方程時都有一定的近似,因而誤差是不可能消除的。既然不可能消除,那么誤差達到什么程度時我們可以接受的呢。
在Flotherm軟件里面是有一個統一的標準的,它的標準是:
質量平衡(壓力場殘差)終止標準= 0.005 M(kg/s)
強迫對流: M= Total Inlet or Outlet Flow Rate.
自然對流: M= r.EFCV.A r: Air density EFCV: Estimated Free Convection Velocity A: Area perpendicular to the vertical
質量守恒的收斂標準是取質量流量的0.5%,強迫對流時質量流量由具體的風扇或者fixflow得出,自然對流時質量流量根據設置的EFCV(默認為0.2m/s)、密度和風口的面積有關。動量平衡 (速度場殘差) 終止標準= 0.005 MV(N)強迫對流:V = Fan or Fixed Flow maximum velocity自然對流:V = EFCV動量守恒的收斂標準是動量的0.5%能量平衡(溫度場殘差)終止標準 = 0.005 Q(W)
如果在系統中有熱源或熱沉:Q= Total Heat Sources or Sinks如果系統中無熱源或熱沉:Q= M Cp DTtypDTtyp =20 °C對于有熱源的情況,能量守恒的標準是系統中熱源的0.5%。而我們所看到的Profiles里面的殘差曲線實際上是所有網格的誤差之和與收斂殘差標準之間的比值;
舉個例子:比如能量計算的誤差和實際的誤差相差0.5w,系統里面總功耗為5w,那么收斂標準是0.025W,那么我們在殘差曲線中看到的溫度的殘差就是20。那么從前面我們可以看出,殘差反應的并不是計算值和真實值之間的誤差。還是舉個例子來說一下,比如能量計算的誤差和實際的誤差只有0.1w,而系統中總功耗只有1W,那么收斂標準是0.005W,那么此時表現在殘差曲線中的數值就是20,此時的殘差曲線仍然處于高位。但如果系統中的總功耗是20的話,那么收斂標準恰好是1W,這時在殘差曲線中顯現出來的數值就是1,也就是收斂的數值。
由此可見:溫度的收斂與系統的總功耗有關,總功耗越低,收斂所需要的誤差值越小;速度的收斂于總動量流量有關,速度和質量流量較小時都需要收斂的誤差要小;壓力的收斂與質量流量有關,速度、密度是影響壓力收斂的關鍵。Flotherm人員也只是說其收斂標準對于大多數情況是比較合適的,其實對于軟件開發人員來說,就不應該采用這種統一的收斂標準。他可以根據不同情況去設定不同的收斂標準,那么出現高位穩定而溫度已經平穩的情況就會大大減少。對于系統中功耗很低的情況,Flothem關于能量方程的收斂準則過于嚴格;而系統中功耗過高的情況,Flotherm關于能量方程的收斂標準又過于寬松。感興趣的朋友可以做一下這樣一個例子,1*1*1m的系統里面只放一個100*100*100mm的cuboid,功耗為1w,添加fixflow在某一邊界,風量只給1cfm,這種情況時,無論怎么調整網格都是很難收斂的;甚至想讓殘差曲線降到10以下幾乎都不可能。
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