Fluent|收敛判据及方法

Fluent|收敛判据及方法

Fluent的收敛判据主要包括残差曲线、收敛标准（残差标准、监测物理量、通量守恒），收敛方法有提高网格质量、适当减小松弛因子、先稳态计算收敛后再瞬态等。以下是详细介绍：
收敛判据

残差曲线continuity是质量守恒方程的反映，即连续性的残差。其收敛快慢不能单独说明计算一定正确，还需关注动量方程的迭代计算。残差表示某次迭代与上一次迭代在所有cells积分的差值。

收敛的标准残差标准：迭代计算中，各物理变量残差值达收敛标准时计算收敛。Fluent默认除能量残差值外，所有变量残差值降到低于10 - 3时认为收敛，能量残差值收敛标准为低于10 - 6。不过对所有工况无统一标准，多数问题默认标准足够，建议残差达设定值后多算50步，确认残差呈减小趋势。
监测物理量：为使结果更精确，可根据工况辅助检测速度、流量等物理量。当所关心物理量基本不变时，说明达到收敛。某些情况下，即使残差未达设定值，只要检测物理量稳定，也可认为收敛。
通量守恒：计算完成后，通过查看flux是否守恒判断是否收敛。在Results - Reports - Fluxes中查看，无质量源项和能量源项时，进出口mass flow rate的net results应很小，接近0；各壁面的total heat transfer rate也应接近0。

收敛方法

提高网格质量简单模型尽量用结构化网格，物理量变化剧烈部分（如边界层）进行网格加密，可使用自适应网格自动捕捉梯度较大网格。

适当减小松弛因子：松弛因子是比例系数，下一步迭代新值Q2 = Q1 + B * DETA（Q1为上一步值，B为松弛因子，DETA为变化量）。松弛因子越小越易收敛，但速度越慢。若某物理量残差曲线高，相应减小该物理量松弛因子，如速度收敛性不好，可减小动量（Momentum）的松弛因子。先稳态计算收敛后再瞬态：对于瞬态问题，可先稳态计算收敛后再进行瞬态计算。如降膜蒸发问题，先稳态计算流动，流动稳定后打开瞬态加入蒸发，可迅速达到收敛。但考虑某瞬态时间下工况等情况不能使用此方法。

用FLUENT计算不收敛的解决办法

确保网格质量符合CFD软件要求，网格密度足够，不要太稀。确保边界条件合理，物理模型适用当前问题。确保网格尺度正确，可到FLUENT - General - Scale中查看。所有对流项先用一阶迎风格式离散，计算稳定后逐渐改为二阶、三阶格式提高精度。对稳态问题，减小松弛因子或Courant number，若用压力基耦合求解器的伪瞬态方法求解，还可减小时间步因子，计算稳定后逐渐调大；对瞬态问题，减小时间步长效果显著。对于同时求解多个方程的复杂问题，不要同时打开多个物理模型计算，考虑逐个打开模型，或先计算少量方程，再逐渐增加，操作在Solution Controls - Equations。对于特定问题，需多方面调试，找到适用求解参数，使计算收敛且速度合适。

Continuity不收敛的处理办法

提高网格质量，控制好相邻网格尺寸比例。关键部位网格加密，如物理量变化剧烈地方或狭窄流域，网格至少要有3 - 4层以上。尝试不同离散格式和压力速度耦合方法。选择适当边界条件，可参考Fluent帮助文档查看边界条件应用范围。降低松弛因子，如将所有松弛因子在默认值基础上乘以0.8或者0.3尝试。若上述方法都不行，可监测流场某个变量判断收敛。如模拟圆管内流动，速度入口，出口outflow，continuity降不下去，维持在1e - 00和1e - 03之间，可查看流量是否平衡。在report -> flux里操作，mass flow rate，选上所有进出口，compute一下，若nut flux值小于总进口流量的1%，且其他检测量继续迭代后不波动，也可认为计算收敛。