发布时间 : 星期日 文章starcd功能及技巧说明更新完毕开始阅读
细化后的计算网格数量达到480000，计算网格区域仍为：车前方三倍车长，上方为四倍车高，侧向四倍车宽，车后方六倍车长。
采用标准k-ε模型，设置最大迭代次数为500次。经过大约5小时的计算，计算得出空气阻力系数如下： U=55.6m/s。
空气阻力系数Cd 迭代次数I
固定地面 0.3014 342 移动地面 0.2963 325
空气阻力系数值计算结果明显比前面的计算结果0.3217和0.3137 降低，相对误差也小了许多。
在计算的空气阻力系数值中，固定地板条件下的空气阻力系数由0.3137下降至0.3014，下降了4%，移动地板边界条件下计算结果接近模型的试验值，误差仅为1.5%，计算精度较高。
综上所述——即使是列车的速度不同，得到的空气阻力系数也应该基本一致，差别不能太大。 5、 shear force、Pressure force和Total force shear force——Fs，指与wall平行的力。
Pressure force——Fp，指wall法向方向的力。 Total force——Ft，Ft＝ Fs ＋Fp 6、 有关气动力和气动力矩计算的总结 A、 *.erd中参数的解析——
SXFORCE，SYFORCE，SZFORCE——shear force分别在x，y，z方向上的分量 NXFORCE，NYFORCE，NZFORCE——normal force分别在x，y，z方向上的分量 TXFORCE，TYFORCE，TZFORCE——total force分别在x，y，z方向上的分量 SXTORQ，SYTORQ，SZTORQ——shear torque分别在x，y，z方向上的分量 NXTORQ，NYTORQ，NZTORQ——normal torque分别在x，y，z方向上的分量 TXTORQ，TYTORQ，TZTORQ——total torque分别在x，y，z方向上的分量
Sxforce＋Nxforce＝Txforce Sxtorq＋Nxtorq＝Txtorq Syforce＋Nyforce＝Tyforce Sytorq＋Nytorq＝Tytorq
Szforce＋Nzforce＝Tzforce Sztorq＋Nztorq＝Tztorq ——并不是十分的精确，基本符合。
注意：经过测试，计算wall得到的力和力矩与监控wall得到的Txforce、Tyforce、 Tzforce（Total force）基本相同。
Sxtorq为Syforce和Szforce共同作用的结果，Sytorq为Sxforce和Szforce共同作用的结果，Sztorq为Sxforce和Syforce共同作用的结果，逆时针为正，顺时针为负。 Torques—注意这里力矩的中心被定义为当前坐标系统的原点。当坐标系统的原点改变以后，得到的力矩也随之改变。1 B、 通过监控*.erd得到某个面上的Sxforce、Syforce和Szforce等于该表面上所有
cells的shear force(x-dir)之和。注意：当“data type”为wall，“smooth option”选择off时，view post registers所获得的数据是基于cells的，而“smooth option”选择on时，view post registers所获得的数据是基于vertices的。
C、 力的作用点在每个cell face的中心上，而不是将力集中到某一点上来进行计算。
通过计算获得以下结论：力矩的计算是针对每个cell face进行的，然后将所有的力矩相加，得到的结果和监控*.erd得到的一致。
D、 一旦load data载入了wall的数据之后，tool>cell tool中会自动生成4个shell，
25
它们分别代表不同的boundary，按顺序分别是：
? Shell 1——指cyclic和symmetry non-partial boundary。 ? Shell 2——指wall non-partial boundary。
? Shell 3——指non-wall non-partial boundary。例如inlet，outlet等。 ? Shell 4——指Partial boundaries E、 下列两种情况监控得到的力和力矩结果相同：
<1>当所选坐标系为1时，原点在0，0，0时。
<2>当坐标系改变为4，原点也为0，0，0时，同时将所有boundary中的坐标系改为4时。 F、 计算某个面上气动力系数及气动力矩的详细步骤——
Acoeff drag——计算分别在x、y、z方向上的气动力系数，即气动阻力、侧翻力和升力系数，也就是Cdrag，Cside，Clift。
Acoeff moment——计算分别绕x、y、z坐标方向上的气动力矩系数，即侧翻力矩、俯仰力矩和偏转力矩，也就是Cyaw，Croll，Cpitch。
Edrag——定义计算drag force或drag coefficient的方法。 emomentum——定义计算lift force或lift coefficient的方法。 load data>data type选wall>选择力 get data
tools>cell tool>选择wall所在的shell plot>wall plot
c>new>zone——进行精确的选择 plot>wall plot
反复使用c>new>zone，plot>wall plot两个命令，直到满意为止。选好后，再重新get data。c>unselect>zone也可用
最后使用acoeff命令
如果get data如果选择的是vector data>total forces（xyz），那么通过acoeff命令得出的气动力系数和*.erd中的total force相对应，气动力矩系数和*.erd中的total torque相对应。
如果get data如果选择的是vector data>shear forces（xyz），那么通过acoeff命令得出的气动力系数和*.erd 中的shear force相对应，气动力矩系数和*.erd中的shear torque相对应。acoeff moment命令中设置的力矩中心和监控时的力矩中心要一致。
注意：只能选择vector data，而不能选择scalar data和calculated scalar data，这两个选择计算得到的结果都为0。
也可以通过监控得到的力和力矩来计算气动力系数和力矩系数。力矩的中心一般选在各车中心位置。 G、 Getwall ftot的说明——得到所有faces的total force，同时对这些faces的数量和所属的cell table进行了说明，这些faces包括自动创建的4个shells，使用acoeff计算所得的faces和上面getwall里faces相加的总数相等。 H、 当wall的坐标系统改变之后，其它boundary的坐标系统不需加以改变，因为它们的改变对于wall上的监控结果没有影响。 I、 11 7、 有关气动力的说明 A、 列车的长度和摩擦阻力有很大的关系，如果列车长度取的较小，例如只有50m（一两节车），那么摩擦阻力只占列车空气阻力很小的部分，如果取十几节车，那么摩擦阻力会占
26
较大部分。这说明了为什么目前我的模型total force比shear force大很多的原因。 B、 主要注意监控得到的total force（总力），shear force（摩擦阻力），关于normal force可以不太注意，有时计算的不那么准确，可以用total force减去shear force得到压差阻力。 C、 关于升力，理论上应该是正的，但是对不是磁悬浮的列车不那么重要，可以不太关注。 D、 第一节车和第二节车不能那么简单的用wall来划分，可能还要加入第一节车的后部和第二节车的前部。 E、 磁浮列车受到的气动升力主要由车体上下表面的压力决定。计算结果表明，列车表面压力系数的分布仅与列车外形有关,与运行速度无关。在列车头尾的上部,均存在一个负压峰值点,而位于车体的下表面，头、尾部的压力均有较大的波动，车体下部绝大部分保持正压，因此，产生较大的气动升力，这是和轮轨列车所不同的。 F、 可以对模型的坐标系统进行改变。Xc，Yc，Zc为原点O的坐标，Rxy为xy平面绕z轴旋转的角度，Ryz为yz平面绕x轴旋转的角度，Rzx为zx平面绕y轴旋转的角度，逆时针为正，顺时针为负。当坐标系统的x，y，z轴旋转了之后，对应监控wall上的力不会发生变化，但是力矩会发生变化。 G、 8、
六、 前处理中相关问题及具体参数的设置
1、 亚松弛因子的设置及修改。
亚松弛因子的设置—— 亚松驰（Under Relaxation）：所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减，以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时，为松驰因子（Relaxation Factors）。《数值传热学-214》
亚松驰因子最简单的形式为：单元内变量等于原来的值加上亚松驰因子a与变化的积。 亚松弛因子αp的选取有利于加快收敛速度, 根据经验, 亚松弛因子对压力修正方程取1、对速度方程取0.8时收敛速度得到提高。
所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题。对于大多数流动，不需要修改默认亚松弛因子。尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为0.8以使得收敛更容易。但是，如果出现不稳定或者发散你就需要减小默认的亚松弛因子了。 使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过4到5步的迭代残差仍然增长，你就需要减小亚松驰因子。有时候，如果发现残差开始增加，你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件，并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是，亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加，但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。
亚松弛因子越大越容易收敛。亚亚松弛因子的值在0～1之间，越小表示两次迭代值之间变化越小，也就越稳定，但收敛也就越慢。取得小，稳定，缺点就是计算时间会增加很多。 以tut3.2为例进行说明，u、v-mom的亚松弛因子默认为0.7；pressure为0.3；Turb.KE、Turb.Diss为0.7，经过70次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。Turb.Diss一直不收敛。
u、v-mom的亚松弛因子减小为0.6，其余不变，经过94次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。
27
u、v-mom的亚松弛因子增大为0.8，其余不变，经过50次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。
u、v-mom的亚松弛因子增大为0.9，其余不变，经过1000次迭代之后依然不收敛，所有的变量都如此。
Turb.KE、Turb.Diss的亚松弛因子减小为0.5，其余不变，经过84次迭代之后收敛，最慢收敛的为Turb.KE。
Turb.KE、Turb.Diss的亚松弛因子增大为0.8，其余不变，经过70次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。
Turb.KE、Turb.Diss的亚松弛因子增大为0.9，其余不变，经过69次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。
Turb.KE、Turb.Diss的亚松弛因子增大为0.95，其余不变，经过69次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。
pressure的亚松弛因子减小为0.1，其余不变，经过97次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。 pressure的亚松弛因子增大为0.5，其余不变，经过63次迭代之后收敛，最慢收敛的为MASS。 pressure的亚松弛因子增大为0.6，其余不变，经过1000次迭代之后依然不收敛，所有的变量都如此。
u、v-mom的亚松弛因子减小为0.2；pressure减小为0.1；Turb.KE、Turb.Diss减小为0.2，经过516次迭代之后收敛，最慢收敛的为Turb.KE。
总结： MASS和u、v-mom的亚松弛因子关系较大。迭代次数对于u、v-mom亚松弛因子的调整变化最为敏感，而且亚松弛因子大了会出现不收敛的情况。迭代次数对于pressure亚松弛因子的调整变化一般化，而且亚松弛因子大了也会出现不收敛的情况。迭代次数对于Turb.KE、Turb.Diss亚松弛因子的调整变化比较迟钝，而且亚松弛因子大了不容易出现不收敛的情况。
将所有变量的residual tolerance都缩小到0.0001，结果没有变化。 将所有变量的number of sweeps都增大到1000，结果没有变化。
有文献中提到——用Fluent计算时，该模型设置的松弛因子小于0.2，否则不收敛。出现这种情况的原因可能在于网格质量不够好，该模型有很细长的边界层网格，虽然是结构网格，但是长宽比已经达到16左右。 有人提到基本上都取0.6以上，有些问题很容易收敛就可以取大，但是有些问题不取小根本就算不了。还有人提到计算周期性非稳态问题，有的时候不取小的松弛因子就会在一定的区域不收敛。
亚松弛因子的修改——
稳态问题的亚松弛因子可以直接在solver parameters中进行修改。
瞬态的亚松弛因子则不可以直接在solver parameters中进行修改，因为该对话框反白，无法进行修改。但是可以通过命令“relax”来进行修改。现对其参数解释如下：
RLVE——指u、v、w－mom的亚松弛因子。 RLP——指pressure的亚松弛因子
RLKE——指turb.ke、turb.diss的亚松弛因子 RLT——指temp的亚松弛因子 RLDE——指density的亚松弛因子 RLVI——指viscosity的亚松弛因子
2、 初始参考压力设置
例如需要设定的温度是600K,压力是3bar。
28