CONVERGE 4.0发布公告

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CONVERGE 4.0已于2024年4月由Convergent Science公司正式发布，它包含了许多令人兴奋的新特性和和功能改进，扩展了代码的功能和可用性，重点体现在以下几个方面：

速度和精度的改进

欠松弛稳定求解器

CONVERGE 4引入了一种新的欠松弛稳态求解器(URS : Under-RelaxationSteady Solver)，为稳态模拟提供了诸多优势。与此前版本的假瞬态求解器不同，它不再使用时间推进来达到稳定状态，而是使用欠松弛来代替瞬态项。使用这种算法，残差收敛得更快，可以显著缩短达到稳定的时间。根据应用场景的不同，URS求解器可比此前的假瞬态求解器快3-100倍。

不同场景中CONVERGE 4.0的URS求解器比传统假瞬态稳态求解器加速效果

二维轴对称求解器

使用新的二维轴对称求解器，可以使用圆柱坐标系来求解具有轴对称特征的三维问题。与过去在笛卡尔坐标系下用Sector模型来求解这类问题相比，二维轴对称求解器提供了更高的空间精度，并大大降低了计算成本。您可以将此功能与瞬态、假瞬态或URS求解器联合使用。

Cross-Stream同步

以前版本的CONVERGE允许用户在不同的Stream中使用不同的物理模型和求解器设置，即独立模拟不同的子域。CONVERGE 4.0增加了在不同Stream中使用不同时间步长的功能，然后以用户指定的时间间隔来对不同的Stream进行同步。该功能可以有效加速瞬态模拟。在有些瞬态模拟中，例如，在一些共轭传热模拟中，不同Stream的时间尺度可能差异非常大，而Stream之间的并不需要持续进行强耦合来充分预测流动行为。

物理模型增强

燃烧与化学建模

CONVERGE 4.0包括对几个燃烧模型的增强。ECFM和ECFM3Z已经扩展到与氢和氨燃料兼容。此外，以前可用于大涡模拟(LES)的增厚火焰模型(TFM)现在也可用于RANS模拟。这项功能增强允许用户以更低的计算成本追踪火焰前锋，比如对于氢气燃烧这种火焰厚度非常薄的情形，又比如在高压环境燃烧的其它燃料。

除了这些模型增强之外，CONVERGE 4.0还增加了一个新的火花模型，拉格朗日-欧拉火花点火(LESI)模型。LESI模型通过将电弧/辉光相位建模为与气流相互作用的分段线，提供了一种更接近真实的方法来模拟火花点火过程。用户还可以选择相关子模型来预测熄火、二次点火和短路现象。

在CONVERGE 4.0中，SAGE详细化学解算器可用于模拟液相和固相化学反应。将液相化学反应模型与VOF气体溶解模型相结合，用户可以研究诸如碳封存，海洋酸化和工业气流污染控制装置等过程。使用固相化学反应功能，您可以对暴露于外部热源时经历热化学分解反应的固相材料进行模拟。固相化学反应的应用包括生物质燃料热解(例如火灾)和电池内部的热失控期间发生的反应。

CONVERGE 4.0的化学反应工具包也得到了改进。替代燃料混合工具（surrogate blender）可以帮助您找到多组分替代燃料的最佳比例，以匹配复杂目标燃料的特性，从而以提高替代燃料特性的准确性。另外，此前的机理调制和简化工具只能使用0D和1D目标，4.0已经升级到允许不限数量的目标，包括soot排放。此外，CONVERGE 4.0还包括一个新的化学工具——1D球形火焰求解器。该求解器计算 Markstein长度，这是模拟曲率对层流火焰速度影响的一个重要参数。模拟这些影响对于一些预混燃烧情况，如氢燃烧，可能非常重要。

多相流模拟

CONVERGE 4.0中的Multi-Fluid Multi-Field (MFMF)模型允许您对多个分散相进行模型，这些分散相可以是液体、气体，甚至可以是考虑为连续体的小固体颗粒。所有相共享一个单一的压力场，但可以有各自的速度场。求解各相的连续性方程和动量方程，并通过相间动量交换项（如阻力、升力和虚质量）进行耦合。MFMF模型在石油和天然气行业的许多应用中都非常有用，例如，模拟油分离器、流化床、颗粒流和多相管流的复杂性。

在CONVERGE 3.1中引入的漂移通量(drift flux)模型现在可以用于多孔介质。该特性可以模拟非均质多孔介质中的两相流动。由于惯性、粘性、毛细和界面力，每个相的响应各不相同。该模型可应用于PEM燃料电池、地质碳封存和沉积地层中可燃冰的形成等应用。

CONVERGE 4.0还包括一个新的沸腾模型——Lee模型。该模型由CSI与IFP Energies nouvelles合作实施，在VOF框架下实现，将液-气-气混合物作为CFD网格中的单一流体来处理。Lee模型计算资源要求低，能够模拟大规模的工业问题。

在CONVERGE 4.0中还加入了几种流行的基于均匀混合物的空化模型：Saito、Singhal、Schneer和Sauer模型。这些模型相对简单和有效，它们假定每个CFD网格内的混合物是均匀的。这项模型有的稳定性好，有的准确性高，因此您可以选择最适合您的情况的模型。这些模型对于船舶应用特别有用，例如螺旋桨，以及泵，压缩机和其它涡轮机械。

在以前的版本中作为udf提供的各种人工风浪工具已被集成到4.0的标准代码中。有了这些工具，CONVERGE可以利用各种波浪理论产生规则和不规则的波浪。为了减少数值波反射，可以在入口和出口增加波松弛区，作为动量和质量的吸收项。此外，您可以在水面上引入风廓线，CONVERGE将使用VOF方法将风和波耦合起来进行多相流模型。这些工具对于进行真实的海洋和近海模拟至关重要。

离散相模拟

CONVERGE 4.0提供了两种新的冷凝模型来预测气相在压力和温度下转化为液相颗粒的过程。液滴冷凝模型用于模拟现有液滴表面的冷凝，例如燃料蒸气在喷雾颗粒上的冷凝。成核模型用于模拟存在于欧拉流体中的微粒物质的凝结，例如翼尖尾涡上的云雾形成过程。

在CONVERGE 4.0中，模拟尿素沉积的功能也得到了增强。模拟尿素沉积物的积累是后处理系统的关注点。但准确预测沉积物的位置和大小是非常具有挑战性的。CONVERGE 4.0引入了一种模型，可以分离固相尿素副产品，并使它们粘附在壁面上，而其余的液膜parcel则可继续向前移动。从而实现了一种新的局部表面变形运动类型——Morph，可以捕获尿素沉积物的生长。Morph功能将基于边界面的位移插值到三角形节点上，并相应地移动它们。这模拟了现实世界中尿素沉积物的行为，随着它们的生长，与流动相互作用，并影响后续沉积物的位置和下游流动特征。

CONVERGE 4.0中引入的另一项新功能允许在多重参考系(MRF)仿真中对parcel进行模拟。MRF方法通过将运动几何形状模拟为静止几何形状，简化了运动边界问题的模拟。用户指定计算域中的某个区域作为局部旋转参考系，该参考系相对于静止或惯性参考系移动。CONVERGE使用旋转校正来确保parcel在正确的位置进入和离开旋转参照系，并考虑到parcel在旋转参照系中所经历的虚拟力。该功能的一个典型应用是预测涡轮增压器进气管道中的传感器积垢过程。

电化学模拟

电势求解器可用于预测直流设备的电流流动和相关传热过程。在CONVERGE 4.0中，该模型进一步增强。用户可以用这个功能来求解两个耦合的电位场，一个是电池的阳极，一个是阴极。两个电位场通过一个源项实现耦合。而源项是通过单粒子(singleparticle model)电化学模型计算得到。这是CONVERGE 4.0的另一个新功能。单粒子模型适用于锂离子电池组的模拟，锂离子电池组通常用于电动汽车。这些功能可以用来模拟电池组的产热，以研究不同冷却方式的效果，并研究充电和放电过程。

采用旋转激励盘模型(RADM)模型模拟偏向风对悬浮式海上风力发电机影响

工程模型

狭隙模型(Thin-Gap model)

CONVERGE 4.0提供了一种基于经典润滑理论雷诺方程的狭隙模型(Thin-gap model)。该模型适用于润滑系统和密封结构泄漏的模拟，可以应用于静止边界或任意方向运动边界。改模适用于泵和压缩机的轴承和各种类似部件。

转子模型

CONVERGE的优势特征之一是它可以轻松处理复杂的运动几何。然而，当模拟带有旋翼的对象时(如风力涡轮机或四轴飞行器)，采用简化模型以减少仿真的计算成本是非常必要的。CONVERGE 4.0引入了两种转子模型:激励线模型(ALM)和激励盘模型(RADM)。ALM将每个叶片简化为为由二维翼型点组成的激励线，每个点的气动力来自Cd-CL剖面查表。RADM模型进一步简化了几何结构并计算时间平均旋转效应。与ALM相比，RADM允许采用更粗的网格分辨率和更大的时间步长，从而极大地降低计算成本。鉴于该模型的高效率，RADM模型为大规模风电场研究打开了大门。

前/后处理增强

CONVERGE Studio是CONVERGE的图形用户界面，现在包含了一个简化的定制版ParaView作为内置模块。ParaView是一款流行的开源数据分析和可视化工具。CONVERGE Studio中的ParaView模块是专为CONVERGE用户的后处理需求定制的。它可以直接加载CONVERGE三维结果文件，创建各种图形和图表，并生成高质量的图像和视频，以有效地传达用户的仿真结果。ParaView模块的添加使CONVERGE Studio成为前处理和后处理的一站式平台。

在前处理方面，增加了面板定制功能，允许用户在CONVERGE Studio中创建自定义设置面板。自定义面板可仅显示用户特定案例的专属设置，可大大简化模型设置界面。有了这个功能，高级CFD用户可以为非CFD工程师生成自定义面板，使他们能够轻松地设置和运行特定类型的案例。

在版本4.0中还添加了一个对几何体表面四边形化的选项。四边形网格可以从导入的三角形网格创建，并保留表面特征。此选项有利于为某些几何形状生成更高质量的贴体边界层网格，提高稳定性，精度和收敛性。

通用求解器更新

CONVERGE 4.0包括一个新的滑移网格功能，它使您能够在MRF框架中包含非轴对称几何特征(例如VOF射流、拉格朗日喷雾等)。当模拟带有这类运动边界的算例时，这种鑫的滑动网格方法可以显着减少运行时间，同时提供与真实瞬态模拟相当的结果。这一功能在油冷电机等领域非常有用。

CONVERGE 4.0中的用户定义函数(UDF)框架也进行了显著改进。新框架简化了大部分代码，并对执行特定函数提供了更好的控制。此外，UDF在新框架中更容易维护，这意味着更少的bug和更快的客户端对UDF支持的周转时间。

最后，CONVERGE 4.0包括各种输入和输出变化。包括支持CGNS格式的结果文件，所有支持CGNS标准的后处理软件都能读取CONVERGE结果文件; 还支持任意多面体构成的CGNS格式嵌入网格; 并大幅缩减了包含嵌入网格模型的内存需求。

如需升级或试用CONVERGE4.0，请发邮件到support@atic-cn.cn，备注“申请CONVERGE4.0安装程序”，同时留下姓名和所在单位信息。

来源：艾迪捷

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