为什么错误的网格比例会产生更准确的结果?

计算科学 流体动力学
2021-12-23 11:30:31

我正在使用Euler-Euler方法对两个阶段进行建模 - 使用修改后的 Navier-Stokes方程将两者都视为连续体一相是空气,另一相是颗粒,它们被空气夹带。

原始几何形状非常小,气路为 2 x 20 毫米。

当网格放大10倍时(网格细度不变尺寸20×200mm),结果与实验结果非常吻合。

网格独立性已经实现。无论如何,在粗网格和细网格中都可以看到缩放问题。我正在考虑 - 离散阶段更准确地建模更大的维度。

这是一个瞬态模拟,入口处为大气压,出口处为压力梯度。计算域类似于“T”形,底部有粉末,顶部有气流。

实验数据不太可能出现错误,因为它是一种既定的粉末夹带模式。

2个回答

在不了解您的方法的情况下,这在发生以下两种情况之一时最常见:

  1. 您的实验中发生了边界层效应,无法在您的数值模型中表示。(更大的域作品是一个功能!)

  2. 与您的物理系统相比,您表示边界条件的方式存在不一致。(更大的域作品意味着错误!)

通过将您的边界条件(显然在物理上不太正确)远离感兴趣的区域,边界层不再影响您的数值观测(就像它们在较小的域中一样)。

编辑:我对两相 NS 知之甚少,但对于单相 NS,您的 BC 似乎比物理现实更平滑。要通过实验确保流入/流出的压力和流量恒定是很困难的。将边界放得更远,可以让流量在进入采样的“感兴趣区域”之前自行建立。例如,在管道流中,当“已建立的”流为泊肃叶流时,使用恒定的 BC 将导致远离 BC 的更准确的观察。(我敢肯定这比你的情况要简单得多,但希望能让你朝着正确的方向思考!)

我不确定您所说的扩大网格但保持精细度究竟是什么意思。当然,解决方案域保持不变。您还遗漏了许多其他可能重要的细节,例如数值方法(空间和时间、稳态/非稳态、边界条件等)。我将继续假设您的意思是将网格粗化 10 倍。

您所看到的 - CFD 和带有粗网格的实验数据之间的更好一致性 - 并非闻所未闻。但从某种意义上说,它可能是虚假的,因为它不能准确地反映模型的“真实”数值解是什么。要获得这个“真正的”解决方案,您需要系统地细化您的空间和时间分辨率,即您需要进行网格和时间步细化研究。当数值结果变得独立(或接近独立)分辨率时,您就获得了模型的“真实”数值解。此解决方案与实验数据之间存在的任何偏差都必须是由于您正在求解的模型。(在您的特定情况下,固相的建模和相的耦合。

细化研究通常通过在每个细化的每个坐标方向上将网格间距减半来进行。这意味着您将使用 N 个点(或单元格)的原始网格进行模拟,然后使用 4N、16N 等网格进行模拟。时间步长也是如此。如果您求解方程的不稳定形式,您希望在细化网格时保持 CFL 数不变(并且很小)。不难找到使用过于粗糙的网格的论文。我记得最近关于流化床模拟的文章表明,被广泛认为是模型缺陷的东西实际上只是缺乏分辨率。

许多多相流本质上是不稳定的,在这种情况下,您需要以某种形式平均您的解决方案。然后,您需要注意平均持续时间和采样频率。

最后,我将以上所有内容都基于您的代码已经过代码验证的假设。这是任何验证的先决条件(模拟与实验数据的比较)。我上面描述的是解决方案验证。如果你不熟悉这些术语,我建议你看看 Oberkampf 和 Roy 的书。