Гиперзвук в CFX

[Borisich 0]

Пытаюсь решить задачу в CFX об обтекании цилиндра воздушным потоком на гиперскорости Мах > 10. Использую модель идеального газа. SST модель турбулентности.

К сожалению получить сходимость решения для числа Маха > 10 не удается ни каким образом.

Кто-нибудь имеет опыт решения подобных задач? Может есть какие-нибудь хитрые настройки или особенности решения которые позволят улучшить сходимость?

Изменено 16 сентября 2008 пользователем Borisich

[Dick 0]

Вообще, можно ответить в форме: какой вопрос, такой и ответ :-)

Нужно больше информации.

Что подразумевается под невозможностью получить сходимость - разваливается, fatal overflow, пульсации?

Были ли изучены туториалы - total energy model, max continuity loops?

Что предпринималось для решения задачи - сетка, адекватность постановки задачи (ГранУсл, НачУсл), timescale?

От себя добавлю: считается, что большой гиперзвук считать проблематично (strong non-linear effects), даже кажется в мануале есть ограничение, правда я его ни разу не считал (но сверхзвук считал неоднократно), поэтому однозначно утверждать не могу.

[Borisich 0]

извиняюсь за может быть не столь раскрытое описание задачи.

Рассматривается обтекание цилиндра в квази плоской постановке. (один элемент по толщине области)

На входе inlet скорости по компонентам Vx =4000 м/c, Vy,Vz=0, Ref stat pres 670 Па , temp 243 K

Естественно Total energy, Incl viscous work, SST, y+~2

Выход supersonic outlet,

Внизу симметрия,

на верхней границе пробовал разное и стенку сос кольжением и inlet и outlet. (разницы особо нет)

Для сходимости менял physical timescale в широком диапазоне.

Также использую доп настройки

Solver> Advanced option>Compressibility control

Солвер либо вылетает по истечению порядка 50 итераций с fatal overflow. Либо сходимость колебается осоло 0.001.

Прилагаю пару вариантов сетки. были и другие.

[Dick 0]

Однозначно - проверить aspect ratio сетки. Скорее всего он очень большой. Для задач с гекса-сеткой и сжимаемым газом аспект должен быть не более 500.

На плоских задачах в одну ячейку с гексой достаточно проблематично получить хорошее сеточное разрешение в пристеночной области и при этом не получить сильно вытянутых ячеек (если не обращать внимания на аспект сетки, а стремиться сделать У+ около 1, то величина аспекта сетки обычно десятки тысяч).

Рекомендую сделать более или менее равномерную секту без мельчения в пристеночной области, включить проскальзывание на всех стенках и запустить расчет. Если не вылетит с ошибкой, то проблем с гиперзвуком нет. Временной шаг для первых 20-50 итераций рекомедную брать исходя из размеров обтекаемого тела (автоматический шаг устанавливается исходя из размеров домена). Также рекомендую брать домен побольше - тем самым исключая падений/отражения скачков уплотнения от ГУ.

[a_schelyaev 371]

Пытаюсь решить задачу в CFX об обтекании цилиндра воздушным потоком на гиперскорости Мах > 10. Использую модель идеального газа. SST модель турбулентности.

К сожалению получить сходимость решения для числа Маха > 10 не удается ни каким образом.

Кто-нибудь имеет опыт решения подобных задач? Может есть какие-нибудь хитрые настройки или особенности решения которые позволят улучшить сходимость?

1. Под батькой цыфиксом мучались не раз с высокими скоростями. Многосеточные решалки любят монотонные решения. Поэтому в местах больших градиентов придется сетку мельчить, чтобы градиент свести как можно ближе к умеренно линейным областям.

2. Считать нужно методом последовательных приближений. Сперва посчитать максимально возможную скорость и с нее уже стартовать на более высокое значение набегающего потока.

3. Считай первый порядком до сходимости и только потом переходи на Хай резолюшн.

4. Уравнение состояние бери только для идеального газа с постоянным Ср. Ср(Т) вводить потом и очень аккуратно.

5. Курант, ясен пень, единичка или меньше.

Но вообще, рекомендую FlowVision HPC, где реализована не многосеточная решалка, хорошо показывающая себя на высокоградиентных задачах и явная схема, которая раза в 4 в среднем быстрее считает подобные задачи, чем неявная схема.

[Lynx 1]

Из общих замечаний, не связанных с конкретной прогой:

1. Зачем выносить входную границу так далеко вперед? Это же сверхзвук, вверх по потоку ничего не распространяется. Обычно ее в таких задчах ставят на расстоянии 2...5 величин отхода скачка.

2. Чтобы не мучаться вопросом "что ставить на верхней границе?" (если нет специальных неотражающих условий), переднюю границу обычно делают не в виде "дуга+горизонтальная прямая", а параболой. Ну и ставят соответственно входные граничные условия на ней на всей. При этом надо

3. Убедиться, что скачек падает на выходную границу.

4. Как примерно поймаете положение скачка - измельчайте сетку в этой области.

5. Как верно заметил Щеляев, для начала берем уравнение состояния идеального газа и Ср=const. Но потом, если хотите поймать все гиперзвуковые эффекты, надо будет как минимум задавать реальные зависимости Cp(T,p). Да и уравнение идеального газа на 10 махах уже не работает.

[Borisich 0]

Aspect ratio довольно приемлемый около 100. Но если пытаться описать погран слой и следать низкий y+ то от этого никуда не деться. В прочим сетки перепробывал разные и области тоже. Все это очень не однозначно влияет на сходимость. Например решение для 6 махов сходится на сетки из 3000 элементов с y+ ~1000. Понятно что доверять такому решению не следует, но задача монотонно сходится, хотя и медленно. А стоит повысить скорость до 8 махов и все разаливается.

Согласен последовательно приближение дает некоторый выйгрыш, однако как показали мои исследования не всегда.

Пробывал начинать с малых махов затем повышать, но улучшение в сходимости сомнительное.

Может быть с CFX вообще не следует решать задачи такого класса в плоской постановке?

Кто-нибудь знаеть что-нибудь про expert parameters? Может тут есть гайки которые можно подкрутить?

Идея с сеткой заслуживает внимания. Следует попробывать. Спасибо Lynx.

Да и уравнение идеального газа на 10 махах уже не работает.

Правильно ли я понимаю что для больших махов > 10 вы предлагаете брать уравнение совершенног газа?

Изменено 17 сентября 2008 пользователем Borisich

[Dick 0]

Касательно CFX все уже описал. С большим аспектом не будет считать даже М=2.

Могу предложить бэкапиться почаще и смотреть как меняются поля распределения давления, скорости вплоть до появления ошибки.

В эксперт параметрах можно ввести релаксации, в солвер контрол можно включить параметр High Speed Numerics (поможет ли - не знаю, не использовал).

[DenizeN 0]

Возможно, Fluent, будет предпочтительней для решения данной задачи. В нем есть density based решалка в том числе в явной постановке.

[a_schelyaev 371]

Если там многосеточная решалка, то может не помочь.

[Borisich 0]

High Speed Numerics включал - помогает, но тоже до поры до времени.

По поводу использования Fluent скажу, что требуется получить решение именно в CFX. Хотя действительно слышал, что в нем есть density base решатель который лучше подходит для таких задач.

[DenizeN 0]

Конечно, там именно многосеточная решалка, однако, это никоим образом не мешает решать такие задачи, для этого есть технология адаптивной сетки.

[Borisich 0]

По поводу адаптивности сетки. В хелпе написано что для плоских задач (с одним элементом по толщине) есть возможность использовать 2D ремешинг. Для этого нужно забить параметр CFX5_REFINER_NO_TRICOLUMNS равный 1 в environment variable. Кто-нибудь пробывал? У меня не получилось. А то рефайнить по толщине как-то не хочется. Правильно я понимаю, что этот параметр задается в системных настройках?

[BigBrother 1]

Посмотрите, может быть это будет полезно

Carbuncle_effect.ppt

[Lynx 1]

Правильно ли я понимаю что для больших махов > 10 вы предлагаете брать уравнение совершенног газа?

Нет, там надо брать уравнение реального газа. А по хорошему - считать хим.реакции, хотя бы основные (диссоциация N2, диссоциация O2, образование NO и NO2). Все зависит от того, что вам надо. Если Сх, то можно наверное будет вообще обойтись поправкой к уравнению состояния, а если температура за скачком или в передней критической точке - то считать реакции.

[Dick 0]

Соглашусь с Lynx. Прогнал простую задачку с гиперзвуком - вылетает из-за того, что решалка опускает температуру до абсолютного нуля. Конечно можно попробовать использовать temperature clipping, но лучше от этого, думаю, не станет.

[Lynx 1]

Прогнал простую задачку с гиперзвуком - вылетает из-за того, что решалка опускает температуру до абсолютного нуля.

Угу, в задней части запросто можно 0 получить. А в передней соответственно 100000К.

Кстати, на практике, чтоб не иметь проблем с падением давления-плотности-температуры в кормовой части на гиперзвуке, считают только переднюю часть. Это если нужны вещи типа Сх (из расчета интегрируют давление по лобовой части, а в кормовой берут или вакуум или оценивают давление по течению Прандтля-Майера) или теплового потока для единичного тела. А вот если нужна интерференция нескольких тел (т.е. надо учитывать следы и т.п.), то тут начинается самое веселое...

[Borisich 0]

По моим расечетам получается, что температура спереди и сзади одного порядка. Хотя в процессе решения возможно что образуется ноль. Мое мнение, что основную проблему в сходимость вносит температура.

Спасибо BigBrother эта информация для меня новая. Однако я пока не смог найти место, где можно задать подобные коэффициенты.

Задача действительно стоит в определении Cx, затем уже в определении температуры на передней части.

[BigBrother 1]

Спасибо BigBrother эта информация для меня новая. Однако я пока не смог найти место, где можно задать подобные коэффициенты.

Пожалуйста :) Честно говоря, с большими Махами работал один раз и то только с М=4. Уже забыл, как всё это делать... Из того, что помню:

1. Нужно поставить max continuity loops = 2 в эксперт-параметрах. (Кстати, попутный вопрос к знатокам: а больше 2 ставить смысл есть?)

2. Видимость бета-фич включаются в препроцессоре в главном меню Edit -> Options -> CFX-Pre -> Enable Beta Features.

3. В Solver Control -> Advansed Control поставить галочки на Velocity Pressure Coupling и Compressibility Control и там уже действовать по рекомендация из презентации.

[Borisich 0]

Спасибо нашел. Попробую.

Параллельно вопрос к знатокам.

Есть ли у кого описание ошибок солвера или где его можно найти. Например CFX пишет

+--------------------------------------------------------------------+

| An error has occurred in cfx5solve: |

| |

| The ANSYS CFX solver exited with return code 123. No results |

| file has been created. |

+----------------------------------------

Но как понять в чем ошибка?

Существует ли расшифровка этих кодов?