Проблема со сходимостью уравнения энергии

[teremok 0]

Здравствуйте!

 

Возникла неожиданная проблема.

 

Решаю сопряженную задачу в Ansys CFX (камера сгорания с моделированием теплового состояния стабилизатора). За начальное приближение беру расчет с грубым разрешением погранслоя (пристеночный элемент 0,1 мм). При этом, хочу отметить, что сетка гексаэдрическая, и для разрешения погранслоя строил О-грид сетку у стенки. Соответственно, переход от грубого разрешения погранслоя к подробному выполняется просто корректировкой закона распределения размеров элементов по О-грид-сетке.

 

Проблема начинается, когда я использую начальное приближение (с пристеночным элементом 0,1 мм) на нормальную сетку (с пристеночным элементом 0,0008 мм). При этом повторю, сетка за О-гридом (в ядре потока) одинаковая. Переходы между элементами сетки сравнительно плавные (<1,5 раза). Проблема заключается в том, что с какого-то момента начинается аномальное уменьшение температуры в некоторых местах, и не обязательно у стенки, где, собственно, и произошли все изменения в сетке. Аномальное, это до 50 К и ниже, хотя номинально меньше 300 К потоков нет. При этом наблюдаю расходимость имбалансов для уравнения энергии (H-Energy) и с какого-то момента задача, понятно, вылетает.

 

Модель турбулентности - SST с автоматической пристеночной функцией. Модель горения - BVM с подробной Flamelet библиотекой. Уравнение энергии по Total Energy.

 

Для решения проблемы пробовал использовать Temperature Damping (в Solver Control/Advanced). Вместе с этим пробовал двойную точность. Плюс пробовал уменьшать шаг по времени с 1e-4 до 1е-6. Как понимаете, не помогло.

 

Я понимаю, что изменения сетки у стенки существенные (начальный элемент меньше в 125 раз, и на 0,1 мм исходной сетки приходится примерно 10-11 элементов улучшенной). Из оставшихся вариантов, которые мне приходят в голову, хочу попробовать более плавно перейти на улучшенную сетку, т.е. попробую провести дополнительно 2-3 промежуточных расчета с постепенным уменьшением размера сетки у стенки (примерно так: исходная (0,1 мм) --> 0,02 мм --> 0,004 мм --> 0,0008 мм).

 

Можете мне подсказать, как решить эту проблему, и в чём, собственно, причина возникновения такой аномалии?

 

С уважением, Максим.

[an_rushin 128]

пожалуйста, выложите файлы *.cfx, *.tin, *.blk.
правильно понимаю, что сетку делали в ICEMCFD HEX? если нет, то выложите геометрию в любом формате и *.cfx

 

[teremok 0]

an_rushin, к сожалению, не могу этого сделать. Сетку делал в ICEM, да. Сетку делал средствами ICEM-CFD, блочную структурированную, фактически ручками. Есть вставки автоматической тетра-сетки, но с хорошим качеством, и этой сетки минимум. В целом, сетка состоит из нескольких частей, которые соединяются между собой в CFX-Pre интерфейсами. Задача сравнительно большая, на 70 млн. узлов, в том числе и поэтому не могу выложить указанные файлы. Главное, на работе не поймут. Если у вас есть уточняющие вопросы по задаче, отвечу в максимально полном объёме. Я не новичок в CFX, просто проблема новая и очень заковыристая оказалась.

 

С уважением, Максим.

[an_rushin 128]

вопросы есть у вас, я лишь могу попытаться помочь, но "лечить" заочно не умел даже боткин :)

[IGL 8]

Не вяжется вот это  

"Возникла неожиданная проблема."

вот это 

"Я не новичок в CFX"

и вот это

"пробовал двойную точность"

 

Если вы опытный пользователь, то такие проблемы должны быть для вас привычными. Скорее всего у вас еще и в мониторе солвера максимальное число маха растет до циклопических величин перед падением.

Горение всегда с двойной точностью считается. Это прямо в хэлпе сказано. Почему вы ее сразу не поставили непонятно.

У вас сетка 70 млн. узлов. Это вы к ней пришли проведя проверку на сеточную сходимость??

На каких еще сетках вы получили сошедшееся решение? Сколько узлов? Можете привести график (2Д) распределения давления и температуры по линии пересечения плоскости камеры со стенкой для различных сеток? Если этого нет, то надо его сделать.

Попробуйте получить решение с  пристеночным элементом 0,0008 мм и грубой сеткой в ядре. (чтобы вся сетка была 1 млн. или даже меньше). Потом увеличивайте разрешение ядра.

Поробуйте получить решение с моделью ПДФ флэймлет, а потом перейти на БВМ.

Отключите все навороты, которые у вас есть в препроцессоре вроде излучения и гравитации. 

Какая у вас флэймлет библиотека? Насколько полная? Как вы ее с формировали? (просто интересно, т.к. сам считаю в СФХ )

Получите решение на сокращенной библиотеке с меньшим количеством веществ. Это можно сделать в CFX-rif в старых версиях.

Можно применить коэффициенты релаксации.

Можно перейти к нестационарной постановке взяв за начальное значение бэкап стационарного, где еще все не так плохо с температурами. Конечно придется подождать установившееся решение.

Можно поставить разный шаг на уравнения. Например, у уравнения неразрывности увеличить на два порядка. Или у уравнения энергии.

В сети есть советы по решению проблем со сходимостью в СФХ и Флюента. Возможно они помогут

 

В общем это у вас не аномалия, а типичная проблема при моделировании горения. 

То что я вам посоветовал это азбука моделирования. Если вы все это пробовали, то проанализируйте когда проблема появляется.

Если вы этого не пробовали, то проделайте все как я написал. Пройдети мелкими шагами и скорее всего этой проблемы не будет.

 

 

 

 

Изменено 17 февраля 2019 пользователем IGL

[teremok 0]

IGL, спасибо вам за столь подробный ответ! Если вам интересно, на поставленные вами вопросы отвечу завтра (сегодня чё-то устал).

 

А в целом, я поторопился с созданием темы. Если что, извините, ребят. Проблема решилась банальным уменьшением шага по времени (в моём случае, до 1е-6). Там всё равно произошло уменьшение температуры, но постепенно всё вышло на правильные значения, и дальше без проблем можно было ускорять задачу, постепенно увеличивая шаг по времени.

 

Это мой косяк, почему-то привык, что CFX лучше хавает начальные приближения, чем, например, Fluent, в котором строго настрого после использования интерполяции необходимо очень сильно уменьшить релаксации. Здесь, по сути, то же самое вышло.

 

И кстати, IGL, вы совершенно правы, что проблема типичная, и решилась она тоже типичным способом.

 

Всем спасибо, ребят!

Изменено 6 марта 2019 пользователем teremok

[IGL 8]

Очень за вас рад!

 

Но вы не могли бы ответить на вопросы которые я задал. Поделится опытом так сказать

[teremok 0]

IGL, хорошо.

 

Сетка 70 млн. - это не совсем про сеточную сходимость. Скажем так, ядро сетки я не трогал, менял только часть, касающуюся пристеночного слоя (была построена с помощью О-грида, для удобства). Примерно такое соотношение было: на грубой сетке было 4 элемента на погранслой (у+ 100-120), на нормальной сетке 15 элементов (у+ около 1). Проблема возникла именно при переходе от грубо простроенного погранслоя к нормальному. Т.е. первый пристеночный элемент был уменьшен на 2 порядка, и проблему удалось решить уменьшением шага по времени тоже на два порядка, получается.

 

Флеймлет библиотека сформирована в CFX-RIF, но в версии 17.1. Почему-то в 18 версии этот модуль не работал (почему, не знаю, не разбирался; сразу пошёл пользоваться проверенной старой версией). Библиотека максимально полная, на сколько позволяет сгенерировать CFX-RIF в базовых настройках (можно ли в бета-режиме что-то изменить? Я не пробовал ещё).

 

Вроде, в остальном там у вас вопросов нет, только рекомендации.

 

Если прокомментировать рекомендации, то вот что могу сказать. Из разных настроек решателя, улучшающих сходимость, пробовал и локальный шаг по времени (кстати, должно было сработать, я немного не дождался, наверное), и отдельный шаг по времени для уравнения энергии (то же), Temperature Damping пробовал (это, скорее, не для такого случая). Вообще, как я сейчас понимаю, многие из этих способов должны были сработать, надо было просто подождать. А не дожидался я потому, что нормальных расчетных ресурсов не было, появились только в начале февраля. До этого пытался бороться с этой проблемой, решая по 100-120 итераций в сутки. Когда появились ресурсы, скорость счета выросла на порядок, и быстро удалось разобраться. Но это так, оффтоп, уж извините.

 

В целом, ещё раз благодарю вас за ваши советы!

[IGL 8]

я также столкнулся с проблемой сходимости при уменьшении пристеночной ячейки. и уменьшение шага не помогает.