1. Fluent迭代計(jì)算流程

1.1 計(jì)算流程

在講述收斂之前，我們先了解一下Fluent是如何進(jìn)行迭代求解的。

在建模劃分網(wǎng)格后，通過一系列設(shè)置，單擊Calculation，F(xiàn)luent開始計(jì)算，其流程如下：

1. 根據(jù)初始化值，假設(shè)流場物理量初值為Q0

2. 在初值基礎(chǔ)上，根據(jù)守恒方程，對流場進(jìn)行計(jì)算，得出新的流場物理量值Q1

3. 比較Q0與Q1的值，|Q1-Q0|稱為絕對誤差，|Q1-Q0|/Q1為相對誤差。

4. 若誤差小于設(shè)定值P，則達(dá)到收斂；否則，未達(dá)到收斂，取新的迭代值Q2進(jìn)行計(jì)算，重復(fù)以上步驟。

1.2 殘差的理解

檢測的的物理量主要有速度、質(zhì)量、能量、湍流參數(shù)等，如上圖1

這里的誤差并不是殘差Residual，實(shí)際上殘差的計(jì)算要復(fù)雜的多，但是為了理解方便，我們可以認(rèn)為殘差等同于誤差。下圖是殘差公式：

并不是所有的工況都會(huì)收斂。當(dāng)各物理量的值基本不變時(shí)，即殘差很小時(shí)，工況才可能收斂。

但是對于瞬態(tài)，各物理量的值總是變化，如何收斂？正因如此瞬態(tài)才有時(shí)間步的概念，瞬態(tài)問題在每個(gè)時(shí)間步上都認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)，所以瞬態(tài)問題的殘差圖總是波浪線型。

2. 收斂標(biāo)準(zhǔn)

2.1 殘差標(biāo)準(zhǔn)

對所有的工況，沒有統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)。對于大多數(shù)問題，默認(rèn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)足夠（For most problems, the default convergence criterion in ANSYS Fluent is sufficient. ）

建議殘差達(dá)到設(shè)定值后，多算50步，確定殘差之后都是減小的趨勢。

2.2 監(jiān)測物理量

為了使結(jié)果更加精確，可根據(jù)工況輔助檢測一些物理量，如速度，流量等。當(dāng)所關(guān)心的物理量基本不變時(shí)，說明達(dá)到了收斂。某些情況下即使殘差沒有達(dá)到設(shè)定值，只要所檢測的物理量很穩(wěn)定，也可以認(rèn)為收斂

2.3 通量守恒

除了上述兩種情況，還可以通過Flux守恒來判斷。當(dāng)計(jì)算完成后，通過查看Flux是否守恒來判斷是否收斂。

通常情況，在沒有質(zhì)量源項(xiàng)和能量源項(xiàng)的情況下，進(jìn)出口Mass Flow Rate的Net Results應(yīng)該很小，接近0；各壁面的Total Heat Transfer Rate也應(yīng)該接近0。

3. 收斂方法

3.1 提高網(wǎng)格質(zhì)量

最重要的一點(diǎn)，提高網(wǎng)格質(zhì)量。對于簡單的模型，能用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格盡量結(jié)構(gòu)化。

對于物理量變化比較劇烈的部分要進(jìn)行網(wǎng)格加密，如邊界層。（可使用自適應(yīng)網(wǎng)格自動(dòng)捕捉梯度較大的網(wǎng)格）

3.2 適當(dāng)減小松弛因子

所謂松弛因子簡單理解就是一個(gè)比例系數(shù)。前面的計(jì)算流程我們說過下一步迭代需要取新的迭代值Q2，Q2如何??？

Q2=Q1+B*DETA，其中Q1為上一步值，B為松弛因子，DETA為變化量。

顯然松弛因子越小，越容易收斂。但是收斂速度也越慢。一般如果某個(gè)物理量殘差曲線比較高，相應(yīng)的減小這個(gè)物理量的松弛因子即可。

比如速度收斂性不好，可將動(dòng)量Momentum的松弛因子減小。

3.3 先穩(wěn)態(tài)計(jì)算收斂后再瞬態(tài)

對于瞬態(tài)問題，可先穩(wěn)態(tài)計(jì)算收斂后再瞬態(tài)。

比如降膜蒸發(fā)問題，可先穩(wěn)態(tài)計(jì)算流動(dòng)，流動(dòng)穩(wěn)定后再打開瞬態(tài)加入蒸發(fā)，可迅速達(dá)到收斂。

但是一些情況不能使用，比如考慮某瞬態(tài)時(shí)間下的工況。

3.4計(jì)算部分方程

不計(jì)算所有的方程，比如一共四個(gè)方程流動(dòng)Flow、湍流Turbulence、能量Energy和UDS。由于UDS不容易收斂，可以先計(jì)算另外三個(gè)方程，待收斂后再打開UDS方程進(jìn)行計(jì)算，可比較快速的收斂。

3.5 其他方法

收斂問題主要還是考經(jīng)驗(yàn)，對于邊界條件的設(shè)置，求解器的設(shè)置等都會(huì)影響收斂，而且影響很大，但是這些都是和具體的問題有關(guān)。不同的求解器適用于不同的工況，以后我們會(huì)詳細(xì)說明。

初始化的值也能顯著影響計(jì)算的收斂速度。如果初始化值就是準(zhǔn)確值，那都不需要計(jì)算就收斂了。但是我們沒辦法給出準(zhǔn)確的值，只能給出符合實(shí)際問題的物理量。

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