Volupe logo

Blog berichten Volupe

Gekoppelde solver instellingen in Simcenter STAR-CCM+

Deze week in de Volupe blog zouden we de instellingen voor de gekoppelde solver willen bespreken. Van onze klanten hebben we de feedback die de gekoppelde oplosser nodig heeft veel handleiding set omhoog, en dat het moeilijk kan zijn om een simulatie op te zetten die verstrekken resultaats die overeenkomen met de verwachte waarden. Wij zouden daarom graag geef wat informatie over hoe de gekoppelde solver werkt, en ook informeren over two functies die u kunnen helpen in uw simulations - Continuïteit convergentie versneller en Automatische CFL-methodeZie de afbeelding hieronder voor waar in de tree-structuur om de solver instellingen voor de gekoppelde solver te wijzigen. 

Gekoppeld solver Simcenter STAR-CCM+ boomstructuur

Whoed het Gekoppelde oplosser? 

De gekoppelde oplosser lost de regerende vergelijkingen voor uw stromingsveld op als een systeem waarbij alle vergelijkingen aan elkaar gekoppeld zijn en gelijktijdig worden opgelost. De tegenovergestelde techniek heet segregated solver, waarbij de vergelijkingen afzonderlijk worden opgelost en informatie tussen de vergelijkingen wordt gegeven nadat de iteratie is voltooid. Vergeleken met de gescheiden oplosser kan de gekoppelde oplosser trager zijn per iteratie, maar de iteraties die nodig zijn om de simulatie te laten convergeren kunnen minder zijn. De gekoppelde oplosser moet gebruikt worden als de simulatie stijve vergelijkingen bevat, wat betekent dat een kleine verandering van de invoer een grote verandering in de oplossing geeft. Samendrukbare stroming is een voorbeeld van een toepassing waar de gekoppelde solver gebruikt moet worden. 

De gekoppelde solver maakt gebruik van een pseudo-tijdmarcheeraanpak, die op verschillende manieren wordt gebruikt, afhankelijk van welke tijdsafhankelijkheid in de simulatie wordt gebruikt. 

  • Gestabiliseerd: Een onvaste vorm van de regerende vergelijkingen wordt naar een stabiele toestand gedreven met een pseudo-transient term die naar nul gaat. Deze pseudo-transient term gebruikt een geoptimaliseerde pseudo-tijdstap die wordt berekend om aan stabiliteitsbeperkingen te voldoen. 
  • Impliciet ongestadig: Voor de binnenste iteraties binnen een fysische tijdstap wordt een pseudo-tijdstap gebruikt, die wordt geoptimaliseerd op basis van het Courant-getal. 
  • Expliciet ongestadig: Hier wordt de werkelijke tijdstap bepaald om te voldoen aan het criterium dat het Courant-getal in elke cel kleiner dan één moet zijn. 

Alles bij elkaar is de gekoppelde solver robuust. Simulaties met dominante brontermen, bijvoorbeeld rotatiestroming, worden opgelost met veel meer robuustheid dan wanneer de gescheiden solver zou zijn gebruikt. De lineaire schaling van CPU-tijd versus maaswijdte is ook een sterke eigenschap van deze robuuste oplosseromdat er geen tijdverlies optreedt bij het verfijnen van de maas. 

CCA - continuïteitsconvergentieversneller  

Wanneer u de gekoppelde solver gebruikt, simuleert u waarschijnlijk hoge snelheid samendrukbare stroming. De convergentie voor dit type simulatie kan vrij traag zijn ten gevolge van de onbalans van de massa. Er is een methode in Simcenter STAR-CCM+ om deze berekeningen te versnellen, die CCA (continuity convergence accelerator) wordt genoemd. Deze methode voegt extra vergelijkingen toe om de massa-onevenwichtigheid voor elke individuele cel bij elke iteratie te minimaliseren. CCA formuleert een drukcorrectievergelijking en lost deze op met behulp van de op dichtheid gebaseerde/Riemann fluxdiscretisatie. Deze discretisatie is een wiskundige transformatie die kan worden gebruikt op een systeem van behoudsvergelijkingen om de oplossingstijd te versnellen. De wiskundige transformatie gebruikt invarianten van Riemann om de mogelijke oplossingen te beperken tot bepaalde gedragingen. In ons geval gebruikt CCA de aanname van een calorisch perfect gas, wat betekent dat aan de ideale gaswet wordt voldaan samen met dat de soortelijke warmte constant is. Dit is een goede aanname voor een ideaal perfect gas met een Machgetal lager dan drie. Als deze aannames van toepassing zijn in uw simulatie, kunt u deze functie gebruiken om uw simulations te versnellen en nog steeds dezelfde resultaten te krijgen die u zou krijgen zonder CCA te gebruiken, maar dan sneller 

Opmerking: CCA mag alleen worden gebruikt wanneer de massabalans traag is, dit is geen oplossing voor andere problemen in uw simulatie. 

Automatische CFL als CFL-regelmethode 

In Simcenter STAR-CCM+ versie 2020.1 de automatische CFL controlemethode voor werd de gekoppelde solver geïntroduceerd. Voorheen was de Deskundige chauffeur instellingen waren reaanbevolen om te gebruikenmaar automatische CFL is gebruiksvriendelijker en ook controleert de simulatie naar tijd besparen samen met de resulterende in a meer nauwkeurig oplossing (tot 23% versnelling was vermeld in de release notes van versie 2020.1). Met de release van versie 2020.1 is de Automatisch CFL methode was als standaard ingesteld voor vast simulations. In het afgelopen anderhalf jaar de versnelling hais nog verder gestegen, tot 1.45x in versie 2020.2 en de standaardinstellingen binnen de methode zijn ook verbeterd in versie 2021.1 en 2021.3.  

Voor tijdafhankelijke oplossingen met impliciete methode te gekoppelde oplosser gebruikt a constante waarde van CFL gelijk aan 50 als standaardinstelling. In de documentatie staat dat deze waarde in de meeste simulations veranderd moet worden in een waarde van 1'000 of zelfs tot 100'000. Er zou veel minder risico zijn van het gebruik van ongewenste instellingen in de solver als de standaardwaarde voor de behandeling van de CFL-methode zou dezelfde zijn ongeacht de tijdsafhankelijkheden. Vooral wanneer er een automatische regeling is die in de meeste gevallen een veel betere instelling lijkt te zijn. 

Opmerking: Kies uw simulatie-instellingen met zorg, en controleer of de standaardinstellingen de beste zijn voor uw simulatie. Soms is noch de standaard noch de meest geschikte instelling de juiste voor u. It kan dan de moeite waard zijn om te onderzoeken als een constante CFL van de waarde 1 nodig is voor uw probleemstelling - maar dat zou samen kunnen komen met het verfijnen van de maas en tijdstap whiceist meer rekenkracht. 

Vergelijking voor simulations met verschillende solver instellingen

Om het werkelijke voordeel te zien van de Automatische CFL-methode en CCA Ik heb een simpele test case gemaakt. De testcase wordt hieronder gevisualiseerd, waar lucht (ideaal gas) is gepompt in een gesloten doos op atmosferische druk 

samendrukbare stroming Simcenter STAR-CCM+ CFD

Aangezien er geen uitlaat in de simulatie, verwacht ik dat de druk zal stijgen in het domein. In de onderstaande plot zie je de druk toenemen voor zes simulations. In deze zes simulations Ik gebruik automatische CFL, de standaardwaarde 50 voor een constante CFL en een constante CFL waarde van 10000, voor deze drie opstellingen draai ik met en zonder de CCA. 

vergelijking automatische CFL en continuïteitsconvergentieversneller

In de plot kun je zien dat de CCA de nauwkeurigheid van de resultaten verbetert, vooral vergeleken met de standaardwaarde van constante CFL gelijk aan 50. Het gebruik van de automatische CFL lijkt dichter bij een lineaire drukstijging te komen, maar niet zo dicht als bij het gebruik van een hoog CFL-getal (het CFL-getal in mijn testcase is hoger dan 50). De combinatie van automatische CFL en CCA lijkt te helpen om de verwachte resultaten te leveren, en daarom kan het op zijn minst goed zijn om van deze functies op de hoogte te zijn als je simulations berekent met de gekoppelde oplosser. De rekentijd die nodig was voor de simulations met CCA en automatische CFL nam niet toe, ook al werd een nauwkeurigere oplossing verkregen. Zonder deze kenmerken zouden we een fijnere tijdstap en dus een langere simulatietijd nodig hebben gehad om een nauwkeurigere oplossing te verkrijgen. 

Opmerking: De testcase is niet voldoende opgelost wat betreft de maasinstellingen, die aanleiding geven tot massa-onevenwichtigheid en daarom is het veel beter om met CCA te werken dan zonder. Aangezien de testcases een hoog CFL-getal hebben, lijkt een hogere CFL-waarde beter te zijn dan een lage of automatische waarde voor de CFL-methode.

 

Wij van Volupe hoopt dat deze blog post informatief is geweest en dat het u zal helpen bij uw simulations met behulp van de gekoppelde solver. Als u opmerkingen of vragen heeft, kunt u ons bereiken op support@volupe.com. 

In verband met deze blogpost heb ik ook een discussie op de PLM-gemeenschap (IdeaStorm). Als u automatische CFL als de standaard CFL-regelmethode wilt hebben, u kunt stemmen voor het idee (zoals het idee bij de gemeenschap) via dit link. We willen u ook aanmoedigen om uw eigen ideeën te posten bij de gemeenschapom deel uit te maken van de ontwikkeling van de software. 

 

Auteur

Christoffer Johansson, M.Sc.
support@volupe.com
+46764479945 

Christoffer Volupe

Meer blogberichten

nl_BEDutch