稳态与瞬态的区别

稳态瞬态的区别
稳态与瞬态的区别主要体现在控制⽅程是否存在时间项上。换句话说,其区别在于计算结果是否是与时间相关。但是我们观察现实⽣活,似乎不到什么现象是与时间⽆关的。于是我们可以这样理解:稳态是⼀种近似。还是不太好理解,我们来举个例⼦。假设⾬滴从⾼空落下,其阻⼒与运动速度的平⽅成正⽐,⽐例系数为1。⾬滴质量为1,重⼒加速度为g,假设⾬滴运动初速度为0,则依据⽜顿定律很容易得出当阻⼒与重⼒平衡时,该⾬滴将获得最⼤速度。学过物理的⼈都知道在0.32s时⾬滴达到最⼤速度3.13m/s,阻⼒9.8与重⼒平衡后其将保持匀速运动。好了,我们可以将运动状态分为两部分,以t=0.32s为界,在此之前,运动速度与时间有关,在此之后,运动速度与时间⽆关。因此若要了解前0.32s内的运动速度变化规律,则必须使⽤瞬态,⽽要知道0.32s之后的状态,则利⽤稳态或瞬态均可。
上⾯的例⼦当然很简陋,现实中的问题很复杂,很多时候没办法估计稳定状态的临界时间,⽽且有⼀些问题是根本没办法达到稳定的。但是这个例⼦⾄少说明了⼀点:稳态其实是⼀种特殊的瞬态。也就是说,稳态计算完全可以⽤瞬态计算来替代。那么为什么还会存在稳态计算呢?主要原因在于存在⼀些从数学上分析⼀定能够达到稳定状态的模型(如密闭空间中的扩散过程、稳定⼊⼝的管流等等),再加上稳态模拟开销要⼩于瞬态计算。
罗兰巴尔特稳态计算与初始值⽆关,很多CFD软件在稳态计算时要求进⾏初始化,这只是⽤于迭代计算,理论上是
不会影响到最终的结果,但是不好的初始会值会影响到收敛过程。⽽瞬态计算则不同,其计算结果与初始状态紧密相关。还是上⾯的例⼦,若⾬滴的初始速度不是0的话,则稳定时间会发⽣改变,稳定之前的速度值也会不同。所以在瞬态计算时,初始条件与边界条件⼀样重要,会影响计算结果的正确性。在瞬态计算的时候,常常使⽤稳态计算结果作初始值。
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稳态计算中计算参数较少,只有⼀个迭代参数需要设置。FLUENT中计算终⽌标准有两个:(1)计算达到收敛(2)达到指定的迭代次数。当达到迭代次数未收敛时,可以继续计算。
瞬态计算中常涉及的⼏个计算参数:时间步数,时间步长、模拟时间、⼦步迭代数。
返老还童的女孩其中:模拟时间=时间步数*时间步长。这⾥的时间是真实时间。⼦步迭代数指的是⼀个⼦步内进⾏迭代的次数,该概念与稳态迭代次数相同。因此我们可以将每⼀个⼦步看作是⼀个稳态迭代过程,收敛判据与稳态计算相同,亦要求在每⼀时间步内达到收敛。
在使⽤瞬态模拟时还有个参数:库朗数。这是个⽆量纲数,是⽤于在计算时控制时间步长。其值主要由两个量控制:⽹格尺⼨及⽤户设定的时间步长。库朗数的值与⽹格尺⼨成反⽐,与时间步长成正⽐。因此有些需要配合库朗数的算法计算时出现库朗数⼤于250时,可以考虑减⼩时间步长,也可以考虑增⼤⽹格,但由于在求解器中增⼤⽹格⽐较困难,⼀般都是减⼩时间步长。(这⾥可以使⽤⽹格⾃适应来改变⽹格)。
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在瞬态计算设置时间步时,还需要考虑的是时间点的问题。仿真者要确保能够输出所感兴趣的时间点的数据。⽐如说,⽤户感兴趣的时间点为0.1s,0.2s,0.3s,0.4s,则输⼊的时间步长若为0.15s,则只能输出0.3s的数据,若输⼊的时间步长为0.2s,则只能输出0.2,0.4s的数据。所以在设计时间步长是需要额外考虑这些问题。

本文发布于:2024-09-21 05:28:35,感谢您对本站的认可!

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标签:时间   计算   稳态   瞬态   迭代   步长
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