هنگامیکه جریان با شبکه موازی است (مانند جریان آرام در یک کانال مستطیلی با شبکهبندی چهار وجهی یا شش وجهی) روش گسستهسازی مرتبه اول ممکن است قابل قبول باشد. هنگامیکه جریان با شبکهبندی موازی نیست (مانند زمانیکه جریان بطور مایل از خطوط شبکه بندی عبور می کند) روش گسستهسازی مرتبه اول عبارات جا به جایی خطاهای گسستهسازی عددی را افزایش میدهد. برای شبکه های مثلثی و هرمی، که جریان هیچگاه با شبکهبندی موازی نیست، عموماً نتایج دقیقتری با بهره گرفتن از گسسته سازی مرتبه دوم به دست می آید.
برای شبکه های چهاروجهی (۲D)، شش وجهی (۳D)، نتایج بهتری با بهره گرفتن از گسسته سازی مرتبه دوم، بخصوص برای جریانهای پیچیده، به دست می آید.
در نهایت اگرچه روش گسسته سازی مرتبه اول عموماً همگرایی بهتری را نسبت به روش مرتبه دوم نتیجه میدهد، ولی معمولاً جوابهای با دقت کمتری را بدست می آورد، بخصوص برای شبکه بندیهای مثلثی/هرمی.
برای یک جریان ساده که با شبکهبندی موازی است (مانند جریان آرام در یک کانال مستطیلی با یک شبکهبندی چهار وجهی یا شش وجهی) نفوذ عددی بطور طبیعی کم خواهد بود، لذا میتوان عموماً روش مرتبه اول را بجای روش مرتبه دوم بدون از دست دادن زیاد دقت بکار برد.
بطور خلاصه، اگر مشکلات رسیدن به همگرایی با بهره گرفتن از روش گسستهسازی مرتبه دوم بوجود آمد، باید از روش گسستهسازی مرتبه اول بجای مرتبه دوم استفاده نمود.
۳-۱۴-۲ روش های توان- پیرو و QUICK
روش گسستهسازی QUICK ممکن است برای جریانهای پیچشی و چرخشی حل شده در شبکهبندی چهار وجهی یا شش وجهی نسبت به روش مرتبه دوم دقت بهتری را نتیجه دهد. به هر حال روش مرتبه دوم کافی بوده و روش QUICK بهبود چشمگیری را در دقت به دست نمیدهد.
روش توان- پیرو هم در دسترس میباشد ولی بطور کلی دقتی بیش از روش مرتبه اول را نتیجه نمیدهد.
۳-۱۴-۳ انتخاب روش درونیابی فشار
همانطور که در بخش (۴-۵-۱) بیان شد، هنگامیکه از حلکننده تفکیکی استفاده می شود تعدادی از روشهای درونیابی فشار در FLUENT در دسترس میباشند. برای اکثر موارد روش استاندارد قابل قبول است، ولی برای برخی از انواع مدلها ممکن است دیگر روشها مفیدتر باشند:
برای مسائل شامل نیروهای حجمی بزرگ، روش وزنی براساس نیروی جسمی پیشنهاد میگردد.
برای جریانهای با چرخش بالا، جا به جایی طبیعی با عدد رایلی بالا، جریانهای چرخشی با سرعت زیاد، جریانهای شامل محیطهای متخلخل، جریانهای در مسیرهای بسیار خمیده، از روش PRESTO استفاده شود.
PRESTO تنها با شبکه بندی های چهار وجهی و شش وجهی می تواند استفاده گردد.
برای جریانهای قابلتراکم روش مرتبه دوم پیشنهاد میگردد.
از روش مرتبه دوم برای دقت بهبود یافته هنگامی که روش های دیگر قابل اجرا نیستند استفاده گردد (مانند جریان اطراف یک مرز منحنی با شبکهبندی غیر از چهار وجهی،۲D، یا شش وجهی،۳D )
۳-۱۵ انتخاب روش پیوند فشار- سرعت
برای حلکننده تفکیکی، سه روش پیوند فشار- سرعت در FLUENT موجود میباشد: SIMPLE، SIMPLEC و PISO . در محاسبات حالت دائم معمولاً از SIMPLE یا SIMPLEC استفاده می کنند در حالیکه PISO برای محاسبات حالت گذرا پیشنهاد میگردد. همچنین PISO ممکن است برای محاسبات حالت دائم و حالت گذرا در شبکهبندیهای با پیچش و انحراف زیاد مفید باشد.
پیوند فشار- سرعت تنها مربوط به حلکننده تفکیکی میباشد و برای حل کننده های پیوسته نیاز به تعیین آن نمی باشد.
۳-۱۵-۱ SIMPLE و SIMPLEC
SIMPLE الگوریتم پیش فرض میباشد ولی برای بسیاری از مسائل استفاده از SIMPLEC مفیدتر خواهد بود، بخصوص به علت مقادیر افزایش یافته مادون رهایی که میتوان، همانطور که در ادامه توضیح داده خواهد شد، بکار برد.
برای مسائل غیر پیچیده (جریانهای آرام بدون هیچ مدل اضافی فعال دیگری) که در آن همگرایی وابسته به پیوند فشار- سرعت است، اغلب میتوان با بهره گرفتن از SIMPLEC بسیار سریعتر به همگرایی رسید. با بهره گرفتن از SIMPLEC فاکتور مادون رهایی تصحیح فشار عموماً یک قرار داده می شود که باعث سرعت گرفتن همگرایی میگردد. به هر حال در برخی مسائل برابر یک قرار دادن فاکتور مادون رهایی تصحیح فشار می تواند باعث ناپایداری گردد. در این موارد احتیاج است که از فاکتور مادون رهایی پایدارتری یا از الگوریتم SIMPLE استفاده نمود.
برای مسائل پیچیده شامل آشفتگی ویا مدلهای فیزیکی فعال دیگر، SIMPLEC همگرایی را اگر تنها وابسته به پیوند فشار- سرعت باشد بهبود خواهد بخشید. اگر پارامتر دیگری بر همگرایی موثر باشد الگوریتمهای SIMPLEC و SIMPLE سرعت همگرایی یکسانی خواهند داشت.
۳-۱۵-۲ PISO
الگوریتم PISO (بخش۳-۱۳-۳-۳) با تصحیح همسایگی قویاً برای همه محاسبات جریانهای ناپایدار توصیه میگردد. این الگوریتم اجازه استفاده از بازههای زمانی بزرگتر را همانند فاکتورهای مادون رهایی برابر یک، برای ممنتوم و فشار میدهد.
برای مسائل حالت دائم الگوریتم PISO با تصحیح همسایگی فایده چندانی نسبت به الگوریتم SIMPLE یا SIMPLEC با مقادیر بهینه مادون رهایی نخواهد داشت.
الگوریتم PISO با تصحیح اریبی برای هر دو محاسبات حالت دائم و گذرا در شبکهبندیهای با مقدار زیاد انحراف و تغییر شکل پیشنهاد میگردد.
هنگامیکه از الگوریتم PISO با تصحیح همسایگی استفاده می شود ضرایب مادون رهایی برابر یک یا نزدیک یک برای همه معادلات پیشنهاد میگردد.
اگر از هر دو روش PISO استفاده می شود از پیشنهاد مقادیر مادون رهایی پیشنهاد شده برای الگوریتم PISO با تصحیح همسایگی استفاده شود.
۳-۱۷ مدلسازیهای وابسته به زمان
FLUENT می تواند معادلات بقای جرم، ممنتوم، انرژی، گونه های شیمیای و دیگر اسکالرها را در شکلی وابسته به زمان حل کند.
۳-۱۷-۱ گسسته سازی وابسته به زمان
در FLUENT معادلات وابسته به زمان باید هم در زمان و هم در مکان گسسته شوند. گسستهسازی وابسته به مکان برای معادلات وابسته به زمان مانند حالت مربوط به حالت پایدار است.
گسسته سازی وابسته به زمان شامل انتگرال گیری از هر عبارت در معادلات دیفرانسیل بر روی یک بازه زمانی می شود.
یک بیان عمومی برای تغییر نسبت به زمان برای یک متغیر به صورت زیر میباشد:
(۳-۷۰) |
تابع F شامل تمام گسستهسازیهای مکانی میباشد. اگر مشتقات زمان با بهره گرفتن از اختلاف پسرو گسسته شوند، گسستهسازی با دقت مرتبه اول نسبت به زمان بیان می شود:
(۳-۷۱) |
و گسستهسازی با مرتبه دوم به صورت زیر بیان می شود: