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关于Flotherm软件收敛的思考

来源: / 作者: 北京海基科技发展 / 时间: 2017-08-15 09:59
lothemr软件是采用有限体积法进行逐步迭代来求解对流换热的

其实最开始学习Flotherm时,自己在Flotherm软件收敛问题也有很多迷惑。经过和很多同业人士的交流,以及自己一年多的研究,现在总结这样几点,希望能给新人带来一定的指导,也希望能和这里的高手进行交流,同时也希望这一问题能渐渐引起Flotherm软件相关人员的重视。

要说Flotherm软件的收敛问题,首先要了解Flotherm软件收敛是个怎么回事。Flothemr软件是采用有限体积法进行逐步迭代来求解对流换热的。而迭代总会有误差的,而且这一误差是不可能消除的,由于数值计算在求解动量、能量、质量三大方程时都有一定的近似,因而误差是不可能消除的。既然不可能消除,那么误差达到什么程度时我们可以接受的呢。

在Flotherm软件里面是有一个统一的标准的,它的标准是:
质量平衡(压力场残差)终止标准= 0.005 M(kg/s)
强迫对流: M= Total Inlet or Outlet Flow Rate.
自然对流: M= r.EFCV.A r: Air density EFCV: Estimated Free Convection Velocity A: Area perpendicular to the vertical

质量守恒的收敛标准是取质量流量的0.5%,强迫对流时质量流量由具体的风扇或者fixflow得出,自然对流时质量流量根据设置的EFCV(默认为0.2m/s)、密度和风口的面积有关。动量平衡 (速度场残差) 终止标准= 0.005 MV(N)强迫对流:V = Fan or Fixed Flow maximum velocity自然对流:V = EFCV动量守恒的收敛标准是动量的0.5%能量平衡(温度场残差)终止标准 = 0.005 Q(W)

如果在系统中有热源或热沉:Q= Total Heat Sources or Sinks如果系统中无热源或热沉:Q= M Cp DTtypDTtyp =20 °C对于有热源的情况,能量守恒的标准是系统中热源的0.5%。而我们所看到的Profiles里面的残差曲线实际上是所有网格的误差之和与收敛残差标准之间的比值;

举个例子:比如能量计算的误差和实际的误差相差0.5w,系统里面总功耗为5w,那么收敛标准是0.025W,那么我们在残差曲线中看到的温度的残差就是20。那么从前面我们可以看出,残差反应的并不是计算值和真实值之间的误差。还是举个例子来说一下,比如能量计算的误差和实际的误差只有0.1w,而系统中总功耗只有1W,那么收敛标准是0.005W,那么此时表现在残差曲线中的数值就是20,此时的残差曲线仍然处于高位。但如果系统中的总功耗是20的话,那么收敛标准恰好是1W,这时在残差曲线中显现出来的数值就是1,也就是收敛的数值。

由此可见:温度的收敛与系统的总功耗有关,总功耗越低,收敛所需要的误差值越小;速度的收敛于总动量流量有关,速度和质量流量较小时都需要收敛的误差要小;压力的收敛与质量流量有关,速度、密度是影响压力收敛的关键。Flotherm人员也只是说其收敛标准对于大多数情况是比较合适的,其实对于软件开发人员来说,就不应该采用这种统一的收敛标准。他可以根据不同情况去设定不同的收敛标准,那么出现高位稳定而温度已经平稳的情况就会大大减少。对于系统中功耗很低的情况,Flothem关于能量方程的收敛准则过于严格;而系统中功耗过高的情况,Flotherm关于能量方程的收敛标准又过于宽松。感兴趣的朋友可以做一下这样一个例子,1*1*1m的系统里面只放一个100*100*100mm的cuboid,功耗为1w,添加fixflow在某一边界,风量只给1cfm,这种情况时,无论怎么调整网格都是很难收敛的;甚至想让残差曲线降到10以下几乎都不可能。

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