内容发布更新时间 : 2026/3/13 19:07:38星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
3. 网格无关性验证和步长独立性验证
对于瞬态数值模拟，需要确定计算所用网格的网格数量以及时间步长与计算获得的结果之间无关联性，也就是要进行网格无关性验证和时间独立性（无关性）验证。本次模拟中我们比较关注的是***现象，而***现象与流体的温度密切相关，因此我们取水平段的一个截面的温度分布来进行网格无关性验证。对于瞬态问题，需要确定一个时间点。根据计算结果，当时间进行到25s时，冷水已流至水平段轴向长度约三分之二处，因此我们取25s时的温度分布做网格无关性和步长独立性验证。在水平段x=1200mm处取一平行于yoz面的截面，在此截面中取三个点，它们距离管子内底部分别为23.75mm，61.15mm，85.3mm，三个点的坐标分别为(1200,1212.6,0)，(1200,1250,0)，(1200,1274.15,0)，然后比较其具体的温度值，具体位置如下图所示：
图3. 网格无关性验证截面及测点位置
3.1 网格无关性验证
对表1四种网格数量下25s的计算结果以网格数为自变量，温度值为变量，将1、2、3点的温度值在不同的网格数下连线，如图4所示：
表1. 四种计算网格数
情况 网格数 总数 管壁 水
1 477701 152527 325174 2 890569 192664 697905 3 1899955 808823 1091132 4 2906739 1234030 1672709 280240 Point 1 Point 2 Point 3Temperature (C)200160120800501001502004250300Grid number. (*10)
图4. 网格无关性验证结果图
从图中可以看出，当网格数从50万变至300万时，随着网格数的增加，三点的温度值变化很小，说明表1所设置的4中网格数量对计算结果的影响很小，可认为48万的网格已达到网格无关，因此取50万的网格作为计算网格。
3.2 步长独立性验证
文献中计算工况为三种，时间步长也分别取了0.05s-0.1s、0.06s-0.12s以及0.08s三个时间步长。下面对时间步长分别为0.025s、0.05s、0.1s、0.2s进行步长独立性验证。对以上四个时间步长的计算结果以步长为自变量，温度值为变量，将1、2、3点的温度值随步长的变化连线，如图5所示：
300 Point 1 Point 2 Point 3250Temperature (C)200150100500.2250.2000.1750.1500.1250.1000.0750.0500.0250.000Step Time (sec)
图5. 步长独立性验证结果图
从图中可以看出，点2和点3在不同的时间步长下结果基本不变，而点1随着步长的减小，温度值变化越来越小，在时间步长为0.05s时可近似认为温度达到稳定。若步长取得太小，会大大增加计算周期，若步长取得太大又会影响到计算的精度，综合考虑，在本文计算中取计算的时间步长为0.05s。