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请问非稳态计算的网格无关性如何做？
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如题 由于非稳态达不到一个准稳态的状态，即每个时刻的流场都是不同的，应该如何进行网格无关性检验，从而得到最佳的网格尺寸？ 谢谢！ |
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xiegangmai: 金币+2, 谢谢应助 2012-12-05 10:29:47
xiegangmai: 金币+1, 仿真EPI+1, 辛苦了！ 2012-12-05 10:30:23
pendaxin(金币+1): 谢谢参与
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xiegangmai: 金币+1, 仿真EPI+1, 辛苦了！ 2012-12-05 10:30:23
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愣，你做了几天CFD啊？呵呵。 CFD的一流杂志JCP上的文章，绝大部分文章都会有 收敛性、网格独立性、时间步独立性和计算区域独立性的验证。这些验证包含稳定的、非稳定的验证，还包括层流、湍流的验证。 定太就不说，我用圆柱绕流和平板边界层说明一下： 非定常的圆柱绕流，比如你用A网格算得的阻力系数平均值为Cd，涡脱落频率为St。然后加密网格，使得壁面附近的网格大小为原来的0.5倍，计算结果为Cd1和St1，如果Cd1和St1与原来的相对误差(Cd1-Cd)/Cd, (St1-St)/St在一定的误差范围内，比如3%或者5%（这个可根据问题的精度要求而定），那么认为该问题不依赖于网格，可用A网格做相关研究和物理现象的分析。 对于平板边界层，Re大于一定程度，会出现湍流和复杂的湍流结构、涡系结构，这个时候用不同的网格，看看湍流统计特性、流畅特征、壁面摩擦力统计规律等。。。。用类似圆柱的办法即可做相关分析。 没错，数值计算和网格分不开，这是将连续的方程变化为离散方程的必经之路，无论你用什么方法，都会涉及到网格，结果也都会受到网格的影响，除非你是解析的解。所谓的无网格、粒子法等，也都存在网格或者粒子数等的影响，因为你不可能完全用分子原子电子构造一个实际的流动（仅仅可构造一个非常小的周期性方块流动，没有实际意义）。但是，只要数值计算中的一般物理规律、统计规律等，在一定误差范围之内，结果即是可接受的。 工程领域所谓的不存在网格独立性，要么是不知道何为网格独立性、要么不知道怎么做、要不偷鸡不愿意做，因为做网格独立性就把他算得结果否定了，就要多花工夫了。结果稀里糊涂的给两张图，然后不得了啊，什么大项目交差了等等。呵呵 [ Last edited by onesupeng on 2012-12-4 at 23:27 ] |
15楼2012-12-04 23:25:53
★ ★ ★ ★
pendaxin(金币+1): 谢谢参与
xiegangmai: 金币+3, 鼓励讨论交流 2012-12-03 19:25:59
pendaxin(金币+1): 谢谢参与
xiegangmai: 金币+3, 鼓励讨论交流 2012-12-03 19:25:59
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哥们，我来纠正下你提出来的问题。 首先，我说你提出的问题是错误的问题，在计算流体力学里，网格的质量对你的计算结果有影响，而且在很多问题里是影响很大的。所以你想要CFD计算结果不依赖网格，而计算结果一致，我告诉你这是不可能的。先搞清楚CFD的基本理论是什么，是数值计算，不同的差分格式求解不同的线性方程。这些线性方程在不同的网格，不同的网格数目下，近似是不一样的，不同的近似方程你想要解是一样的，这是不可能的。如果你自己编程写过代码，你就更清楚这个过程。 其次，哥们你想表达的意思是，如果摆脱计算网格质量对计算结果的影响，在传统的算法里，只是不可调谐的。所以你必须摆脱传统的算法。于是乎粒子算法在上时间90年代产生了，利用粒子分布来形成不同的边界形状，一个粒子代表一个网格。目前是这CFD的一个前沿，新的算法，颠覆了传统的CFD网格计算，摆脱了网格的局限性。 所以你想要摆脱网格的局限性你目前的基于网格计算是不可能的，只用采用无网格算法，也就是粒子算法。 我以前做的一直是经典CFD基于网格计算的FVM和FDM。我以前用软件，软件上通过UDF二次开放，还做个一年多自己从底层开始写代码做经典的有网格的CFD计算，后来就是因为网格的局限性，现在放弃了网格的CFD。目前我一直做网格的粒子算法。如果你想更清楚了解，在联系吧。对于你的金币数目我只能回答到这了。   |
2楼2012-12-03 16:54:20
★ ★
xiegangmai: 金币+2, 鼓励讨论交流 2012-12-05 20:02:13
xiegangmai: 金币+2, 鼓励讨论交流 2012-12-05 20:02:13
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首先，哥们，首先我给你说我做CFD没几天，哥们最多也算是刚刚入门或者仅仅是快要入门。当然，对于你，我也认为你也就是这个水平。 然后，我看了你的观点，我愚昧，不知道你想表达什么意思，你首先说了网格无关性，然后又说了工程另外网格不可能无关性，本质上你认为网格是独立的。 所以我姑且认为是的观点是网格是可以独立的，那么我来说我的看法。 貌似，你是做数学的，那么你应该知道不同的离散格式和不同的网格数目，你求解的是不同的近似线性方程组。那么如果你求解线性化的p，rho，u的方程组，不同的dt，dx，dy的系数，你求解的解怎么可能是一样的。结果肯定是有差别的，那么哪个结果是更合理的，数学上这是微分方程，肯定是网格数目越大求解的微分方程越认为是合理的。所以这就是目前CFD计算的一个前沿，靠大规模并行化，靠超算中心的超级计算机来求解大网格数目下的N_S方程，当然本人就是超算中心的就是干这事情的。当然你提到你网格数目小到分子量基本是不可能的。当然目前我认为也是不可能的，但是将来我们都不敢说随着硬件的发展可能不。直接在大网格尺度下求解最本质的N-S方程是目前CFD的一个前沿。目前各地的超算中心都在不断的提高网格的数量级，你查下文献就知道了。当然我只能说这是一个目前CFD的一个前沿，但是不不认为目前这能解决湍流的本质，因为网格规模还是很难超越100亿这个数量级。由于这种方法对硬件要求很高，计算成本太大，所以国际上只有大型的超算中心有能力做这个，当然中国也就只要两三家在这么多，我们是其中一个。所以很多高校和科研单位由于硬件的限制才不得不采用对N-S采用近似，然后在对近似的方程采用离散求解湍流问题，在这个问题上，他们对近似N-S采用特殊处理，所以出现了各种湍流模型，来解决直接求解N-S方程的困难，所以就有了你所谓的湍流模型和数学上对这些湍流模型的收敛性，稳定性以及一致性的研究。然后得出所谓的网格无关性。就举一个模型，大涡模型来说，通过滤波函数过滤掉了小涡，只计算大涡。在这近似下你得出了，不同网格数目下，我的大小结构差别不大，你认为的是这种算法的网格无关性或者独立性。那么你就认为网格可以独立了，呵呵，你自己想想你的近似吧。湍流的雷诺平均的几种模型也行，都采用了近似平均。这我都不细说了。然后你还认为你做了科学上的验证，还以为自己做的网格独立性验证很牛b，很科学。告诉你你要做网格独立性，你就只有才用最原始的N-S，不要采用任何近似。那么这就会颠覆你的观点。通过对N-S方程不断提高网格规模，你会发现流场越来越小涡，这下小涡变大，然后在分离成更多的小涡，然后小涡继续变大继续分离，继续不断下去。我是做这方面研究的，在国内没有人比我们更能理解这个流场的精细结构以及拓扑结构的变化。 另外，湍流的统计性，是湍流的表现形式，不是本质，湍流的最基础的控制方程仍然是和层流一样的N-S方程，只不过直接求解N_S代价太大，才在N-S方程上加入了统计，修正N-S方程，所以到目前为止很多人都不认湍流模型是完美的，我相信你也是这么认为的。所以还是在国际上很多人是直接求解N-S方程的，而不是湍流模型方程。另外大规模直接求解N-S的流场分布也说明了湍流的统计性。 另外，我说明下我不是学数学的，我是学核物理的，重头计算我比你更清楚，从头计算，本质上叫第一性原理，第一性原理本质是量子力学。哥们，量子力学研究的是量子尺度的，是微观的，不是介观和宏观。所以第一性原理目前没有用到流体力学计算里面，主要用在材料性能计算和核物理。 最后关于你说的科技推动力什么的，我只能说你说对了一部分，首先告诉你国防科技大学的超算中心和我们做的是一样的，一个主要方向是N-S方程的大规模并行化直接求解，他们是用在航天的。另外我想告诉你如果你是做CFD的话，如果你真的很熟悉算法的话，你会发现最近五十年的算法很多来源于核物理的需求，尤其是两相流算法，从PIC到VOF到ALE到粒子算法，你都会发现离不开 阿拉莫斯 实验室，告诉你alams是做什么的，做核物理的。所以五十年来对CFD算法做出做多贡献的不是你说的水利水电，气象，海洋，而是航空，比航空更大的而是核物理。 另外，本人才学疏浅，CFD还没算入门。仅仅和你交流用，还希望跟你学习交流。共同进步。 |
18楼2012-12-05 11:13:26
哥本哈根月光3楼2012-12-03 16:59:00
★ ★ ★
xiegangmai: 金币+3, 鼓励讨论交流 2012-12-04 19:38:06
xiegangmai: 金币+3, 鼓励讨论交流 2012-12-04 19:38:06
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继续来回答你所说的“通过不断加密网格，流场的信息会趋于一致，再继续加密网格除了加大计算量以外，不能进一步提高计算的结果的准确性”。 首先，我不清楚你的物理模型，但是理论上来说你说的还是不对的，因为不同的网格数目（规模）和不同的网格质量都会对计算结果产生影响，因为本质上你求解N-S方程，当网格数目不同的时候dx和dy以及CFL条件下的dt都是不一样的，所以你离散下的N-S方程也是不一样的，所以结果是不一样的。 其次，对于你所的加大网格数目，观察的结果看起来是一样的，是因为你的这两个网格规模差别不是很多，结果差一两个数量级当然你观察的结果差别不大，当时如果差很多个数量级，你在观察结果肯定是不一样的。 最后我在给你说下目前计算湍流的一个很前卫的算法。叫湍流的直接数值模拟算法（DNS）。这中算法的核心是计算湍流的时候不采用任何采用近似的湍流模型。而是直接求解层流的N-S方程。但是这就要求你的网格数目非常大，一般至少要上亿个网格。但是目前我们计算的是10亿个网格。这样的话你发现很多你所说的问题根本不对，你会发现流场的更精细的拓扑结构以及这些拓扑结果的分形现象的产生。 我在很多贴的的回答里都提到这个问题。 你可以看下我的淘贴里的一个湍流模型的帖子和一个DNS的帖子 |
12楼2012-12-04 14:44:57
26楼2015-08-14 16:03:47
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送鲜花一朵
4楼2012-12-03 17:38:19
7楼2012-12-03 19:17:33
★ ★ ★
pendaxin(金币+1): 谢谢参与
xiegangmai: 金币+2, 谢谢参与 2012-12-03 19:34:13
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9楼2012-12-03 19:32:10
14楼2012-12-04 21:33:05
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xiegangmai: 金币+2, 谢谢参与 2012-12-05 10:29:55
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我观察小木虫计算板块，然后发现版主大部分是搞什么从头算啊什么的，鲜有居于连续性方程数值计算的，比如流动物理、传热等。实际上这部分是数值计算最原始、算法最丰富的东西，并且在计算机出现以前，就已经在航空工业应用，在计算机出现以后，可谓是伴随着计算机不断的发展。每一次计算机的发展，都会有算法、存储办法、加速办法的革新。有的算法很精确，计算机跟不上不行，等等如此。 科技什么是最大的推动力？国防，战争。每一次大战争、每一轮冷战，无疑都极大地推动科技的发展。计算领域的原始推动，就是航空的需求。不过在和平年代，诸如海洋开发、气象预报和水利水电等，都会有不小的推动作用。这也是传统流体、传热传值计算不断进步和革新的原因。 曾经有一个版主把我臭了一顿，说你列这个什么东西啊，搞得以为几个分子电子就是计算的全部似的，唉！我已经再别的地方说过这个问题，这里就不展开。 |
16楼2012-12-04 23:35:53
17楼2012-12-04 23:41:34
★ ★
xiegangmai: 金币+2, 辛苦了！ 2012-12-06 19:40:59
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注意，我原来帖子的最后一段讲的是“工程领域所谓的不存在网格独立性”，即我认为有人这样说，包括你，但我不承认，我认为是那帮人不严谨、没本事。关于CFD的验证和确认，空气动力研究中心新科院士几年前曾撰文讨论过。如果我没有猜错，马老师和傅老师教过你（如果你不是他们的学生，那么抱歉，是我高看你）。 我是CFD和流动物理的还没入门者，不是数学的。前面说到，网格独立性是建立在容许误差范围内的独立性。如果要讲“完全”一样，那不是计算讨论的范畴，不用进行辩论。 至于大规模计算什么的我就不说了，只告诉你我在玩这方面的时候中国高校大规模计算还不是很普及。 另外，关于推动CFD算法进步那一段，您再读一读。我原文抄在下面，如果您还认为我语言不够严谨，我愿意回到小学课本： ~~~~~~~~~~~~~~ 科技什么是最大的推动力？国防，战争。每一次大战争、每一轮冷战，无疑都极大地推动科技的发展。计算领域的原始推动，就是航空的需求。不过在和平年代，诸如海洋开发、气象预报和水利水电等，都会有不小的推动作用。这也是传统流体、传热传值计算不断进步和革新的原因。 ~~~~~~~~~~~~~~ [ Last edited by onesupeng on 2012-12-6 at 06:21 ] |
19楼2012-12-06 04:21:22
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xiegangmai: 金币+1, 辛苦了！ 2012-12-06 19:41:09
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“通过对N-S方程不断提高网格规模，你会发现流场越来越小涡，这下小涡变大，然后在分离成更多的小涡，然后小涡继续变大继续分离，继续不断下去。” 注意：我在列举湍流的时候，讲的更多的是“统计规律”，不是每个时刻的每个量的值。 “我是做这方面研究的，在国内没有人比我们更能理解这个流场的精细结构以及拓扑结构的变化。”国内第一这个口号叫得我脚发软~哈哈。马老师和傅老师可没这样教你（如果你不是他们的学生，那抱歉我看错人了）。 [ Last edited by onesupeng on 2012-12-6 at 06:23 ] |
20楼2012-12-06 04:30:51
21楼2013-11-15 16:40:34
22楼2014-08-21 11:13:37
23楼2014-08-21 14:51:51
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32楼2016-01-22 11:16:35
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34楼2018-12-03 14:07:17
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
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看到这里我来说几句 从我的观点网格无关如果你是在做纯模拟研究而没有真正的试验对比的时候 是必须要做的 中间的详细观点可以参考牛津的湍流专著 而如果你是工程属性的问题 比如fluent 那么很多属于应用计算流体力学 这部分主要是可以用一个趋同精度的方式 来给设计优化提供参考 最后的价值在于提出新设计方法 那么针对这种问题 很多时候你需要面对的是非常现实的工况和非常复杂的现象 网格无关性的问题 主要是依据跟你的设计优化的核心参数的对比完成的。 所以工程领域的瞬态对比 通常是通过实验数据的某一个检测值来对比 可以比较好的描述。而用纯理论研究流体现象的话， 基本上他本身的要求对大部分工业工程研究的不具备经济性。 当然一个比较可行的方式（工程方法都是可行的，而不是理论完备和精度的），就是你先通过一个大致的稳态模拟来对比来监视你的预测结果和试验的对比，在这个对比参数上，你可以做稳态的网格无关性介绍，这样在时间消耗上是可以接受的，同行评价中也认为是可行的。 当稳态的数据对比达到一定精度之后 你的目标优化参数也同样是瞬态的目的时 你可以继承这套网格 并且认为他在瞬态中间也同样适用 当然最后你还得比对一下随时间的测点 在牛顿体系下 可能理论就是指导实际的 而在流体力学和工程中复杂多种作用复杂多相流的环境下 某种理论研究永远是理论 工程可能永远不能应用这种理论 |
35楼2018-12-08 07:50:51
36楼2018-12-08 23:07:59
37楼2019-07-01 14:17:18
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xjy07915楼
2012-12-03 18:09
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pendaxin(金币+1): 谢谢参与
xiegangmai: 金币-2, 专业版块交流贴，请勿灌水 2012-12-03 19:26:17
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wygvern6楼
2012-12-03 18:44
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pendaxin(金币+1): 谢谢参与
xiegangmai: 金币-2, 专业版块交流贴，请勿灌水 2012-12-03 19:26:23
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xachenxi8楼
2012-12-03 19:22
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樱木花道610楼
2012-12-03 19:54
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yaoyao14511楼
2012-12-03 20:09
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rafy0113楼
2012-12-04 14:52
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我把耳朵叫醒31楼
2016-01-17 12:53
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