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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 仿真模拟 » FLUENT & CFX » fluent仿真时连续方程不收敛
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lovegod1314

铜虫 (初入文坛)

[求助] fluent仿真时连续方程不收敛已有1人参与

fluent仿真时，连续方程不收敛，在report的FLUX选项中计算发现进口与出口的质量流量差很大，请问有什么方法可以解决
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1楼2015-03-19 14:04:59
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liliang_601

捐助贵宾 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
十有八九是网格有问题。
然后以下是以前找到的一些资料，供楼主参考，希望有用！！

continuity不收敛的问题
（1）在计算过程中其它指数都收敛了，就continuity不收敛是怎么回事？
    这和fluent程序的求解方法SIMPLE有关。SIMPLE根据连续方程推导出压力修正方法求解压力。由于连续方程中流场耦合项被过渡简化，使得压力修正方程不能准确反映流场的变化，从而导致该方程收敛缓慢。
    你可以试验SIMPLEC方法，应该会收敛快些。
在计算模拟中，continuity总不收敛，除了加密网格，还有别的办法吗？
别的条件都已经收敛了，就差它自己了，还有收敛的标准是什么？是不是到了一定的尺度就能收敛了，比如10－e5具体的数量级就收敛了。
continuity 是质量残差，具体是表示本次计算结果与上次计算结果的差别，如果别的条件收敛了，就差它。可以点report，打开里面FLUX选项，算出进口与出口的质量流量差，看它是否小于0.5%.如果小于，可以判断它收敛.

(2) fluent残差曲线图中continuity是什么含义？
是质量守恒方程的反映，也就是连续性的残差。这个收敛的快并不能说明你的计算就一定正确，还要看动量方程的迭代计算。表示某次迭代与上一次迭代在所有cells积分的差值，continuty表示连续性方程的残差

(3) 正在学习Fluent,模拟圆管内的流动，速度入口，出口outflow运行后xy的速度很快就到1e-06了，但是continuity老是降不下去，维持在1e-00和1e-03之间，减小松弛因子好像也没什么变化大家有什么建议吗？
    你查看了流量是否平衡吗？在report->flux里面操作，mass flow rate，把所有进出口都选上，compute一下，看看net flux是什么水平，如果它的值小于总进口流量的1%，并且其他检测量在继续迭代之后不会发生波动，也可以认为你的解是收敛的。

造成连续方程高残差不收敛的原因主要有以下几点：
1.网格质量，主要可能是相邻单元的尺寸大小相差较大，它们的尺寸之比最好控制在1.2以内，不能超过1.4.
2.离散格式及压力速度耦合方法，如果是结构网格，建议使用高阶格式，如2阶迎风格式等，如果是非结构网格，除pressure保持standard格式不变外，其他格式改用高阶格式；压力速度耦合关系，如果使用SIMPLE，SIMPLEC，PISO等segerated solver对连续方程收敛没有提高的话，可以尝试使用coupled solver。另外，对于梯度的计算，不论使用结构或非结构网格，都可以改用node-based来提高计算精度。
一些情况：
1.监测流场某个变量来判断收敛更合理一些.
2.网格质量.
3.Velocity inlet boundary conditions are not appropriate for compressible flowproblems.

（4）要加速continuity收敛该设置那些参数？
感觉需要调整courant number
    FLUENT 中courant number是在耦合求解的时候才出现的。正确的调整，可以更好地加速收敛和解的增强稳定性。
    courant number 实际上是指时间步长和空间步长的相对关系，系统自动减小courant 数，这种情况一般出现在存在尖锐外形的计算域，当局部的流速过大或者压差过大时出错，把局部的网格加密再试一下。
    在fluent 中，用courant number 来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说，随着courantnumber 的从小到大的变化，收敛速度逐渐加快，但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题，在计算的过程中，最好是把ourant number 从小开始设置，看看迭代残差的收敛情况，如果收敛速度较慢而且比较稳定的话，可以适当的增加courant number 的大小，根据自己具体的问题，找出一个比较合适的courant number，让收敛速度能够足够的快，而且能够保持它的稳定性（有点像是废话！）。
个人认为这应该和你采用的算法有关
SIMPLE算法是根据连续方程推导出压力修正方法求解压力。
由于连续方程中流场耦合项被过渡简化，使得压力修正方程不能准确反映流场的变化，从而导致该方程收敛缓慢。试着用SIMPLEC算法看看。

FLUENT求解器设置
FLUENT求解器设置主要包括：
1、压力-速度耦合方程格式选择
2、对流插值
3、梯度插值
4、压力插值
下面对这几种设置做详细说明。
一、压力-速度耦合方程求解算法
FLUENT中主要有四种算法：SIMPLE，SIMPLEC，PISO，FSM
(1)SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)半隐式连接压力方程方法，是FLUENT的默认格式。
(2)SIMPLEC(SIMPLE-consistent)。对于简单的问题收敛非常快速，不对压力进行修正，所以压力松弛因子可以设置为1
(3)Pressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO)。对非定常流动问题或者包含比平均网格倾斜度更高的网格适用
(4)Fractional Step Method (FSM)对非定常流的分步方法。用于NITA格式，与PISO具有相同的特性。
二、对流插值（动量方程）
FLUENT有五种方法：一阶迎风格式、幂率格式、二阶迎风格式、MUSL三阶格式、QUICK格式
（1）FLUENT默认采用一阶格式。容易收敛，但精度较差，主要用于初值计算。
（2）Power Law.幂率格式，当雷诺数低于5时，计算精度比一阶格式要高。
（3）二阶迎风格式。二阶迎风格式相对于一阶格式来说，使用更小的截断误差，适用于三角形、四面体网格或流动与网格不在同一直线上；二阶格式收敛可能比较慢。
（4）MUSL(monotone upstream-centered schemes for conservation laws).当地3阶离散格式。主要用于非结构网格，在预测二次流，漩涡，力等时更精确。
（5）QUICK（Quadratic upwind interpolation）格式。此格式用于四边形/六面体时具有三阶精度，用于杂交网格或三角形/四面体时只具有二阶精度。
三、梯度插值
梯度插值主要是针对扩散项。
FLUENT有三种梯度插值方案：green-gauss cell-based，Green-gauss node-based，least-quares cell based.
（1）格林-高斯基于单元体。求解方法可能会出现伪扩散。
（2）格林-高斯基于节点。 求解更精确，最小化伪扩散，推荐用于三角形网格上
（3）基于单元体的最小二乘法插值。推荐用于多面体网格，与基于节点的格林-高斯格式具有相同的精度和格式。
四、压力插值压力基分离求解器
主要有五种压力插值算法。
（1）标准格式（Standard)。为FLUENT缺省格式，对大表面边界层附近的曲线发现压力梯度流动求解精度会降低（但不能用于流动中压力急剧变化的地方——此时应该使用PRESTO!格式代替）
（2）PRESTO!主要用于高旋流，压力急剧变化流（如多孔介质、风扇模型等），或剧烈弯曲的区域。
（3）Linear（线性格式）。当其他选项导致收敛困难或出现非物理解时使用此格式。
（4）second order（二阶格式）。用于可压缩流动，不能用于多孔介质、阶跃、风扇、VOF/MIXTURE多相流。
（5）Body Force Weighted体积力。当体积力很大时，如高雷诺数自然对流或高回旋流动中采用此格式。
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好男儿心怀像大海
2楼2015-03-21 20:42:45
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