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FLUENT 运行过程中,出现残差曲线震荡是怎么回事?如何解决残差震荡的问题?残差震荡
对计算收敛性和计算结果有什么影响?
一. 残差波动的主要原因:1、高精度格式; 2、网格太粗;3、网格质量差;4、流场本身边界
复杂,流动复杂;5、模型的不恰当使用。
二. 问:在进行稳态计算时候,开始残差线是一直下降的,可是到后来各种残差线都显示为波
形波动,是不是不收敛阿?
答:有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度(2 阶),网格太疏,网格
质量太差,等都会使残差波动。经常遇到,一开始下降,然后出现波动,可以降低松弛系数,
我的问题就能收敛,但如果网格质量不好,是很难的。通常,计算非结构网格,如果问题比较
复杂,会出现这种情况,建议作网格时多下些功夫。理论上说,残差的震荡是数值迭代在计算
域内传递遭遇障碍物反射形成周期震荡导致的结果,与网格亚尺度雷诺数有关。例如,通常压
力边界是主要的反射源,换成 OUTFLOW 边界会好些。这主要根据经验判断。所以我说网格
和边界条件是主要因素。
三. 1、网格问题:比如流场内部存在尖点等突变,导致网格在局部质量存在问题,影响收敛。
2、可以调整一下 courant number,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 uent 中,用 courant number 来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说,随着
courant number 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 courant 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。
23在 FLUENT 运行过程中,经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值,此时
如何解决?而这里的极限值指的是什么值?修正后它对计算结果有何影响?
Let's take care of the warning "turbulent viscosity limited to viscosity ratio****"
which is not physical. This problem is mainly due to one of the following:
1)Poor mesh quality(i.e.,skewness > 0.85 for Quad/Hex, or skewness > 0.9 for
Tri/Tetra elements). {what values do you have?}
2)Use of improper turbulent boudary conditions.
3)Not supplying good initial values for turbulent quantities.
出现这个警告,一般来讲,最可能的就是网格质量的问题,尤其是 Y 值的问题;在划分网格的
时候要注意,第一层网格高度非常重要,可以使用 NASA 的 Viscous Grid Space
Calculator 来计算第一层网格高度;如果这方面已经注意了,那就可能是边界条件中有关湍流
量的设置问题,关于这个,本版中已经有专门的帖子进行了讨论,Fluent 培训的教程中也有讲
到,请大家参考。
24在 FLUENT 运行计算时,为什么有时候总是出现“reversed ow”?其具体意义是什么?
有没有办法避免?如果一直这样显示,它对最终的计算结果有什么样的影响?
这个问题的意思是出现了回流,这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些,有些 case 可
能只在计算的开始阶段出现这个警告,随着迭代的计算,可能会消失,如果计算一段时间之后,
警告消失了,那么对计算结果是没有什么影响的,如果这个警告一直存在,可能需要作以下处
理:
1.如果是模拟外部绕流,出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远,如果边界
条件取的足够远,该处可能在计算的过程中的确存在回流现象;对于可压缩流动,边界最好取
在 10 倍的物体特征长度之处;对于不可压缩流动,边界最好取在 4 倍的物体特征长度之处。
2.如果出现了这个警告,不论对于外部绕流还是内部流动,可以使用 pressure-outlet 边界条
件代替 outow 边界条件改善这个问题。
22 什么叫松弛因子?松弛因子对计算结果有什么样的影响?它对计算的收敛情况又有什么
样的影响?
1、亚松驰(Under Relaxation):所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差
值作适当缩减,以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时,为
松驰因子(Relaxation Factors)。《数值传热学-214》
2、FLUENT 中的亚松驰:由于 FLUENT 所解方程组的非线性,我们有必要控制的变化。一
般用亚松驰方法来实现控制,该方法在每一部迭代中减少了的变化量。亚松驰最简单的形式为:
单元内变量等于原来的值 加上亚松驰因子 a 与 变化的积, 分离解算器使用亚松驰来控制每一
步迭代中的计算变量的更新。这就意味着使用分离解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非
耦合方程(湍流和其他标量)都会有一个相关的亚松驰因子。在 FLUENT 中,所有变量的默
认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题,但是对于一些特殊的非线
性问题(如:某些湍流或者高 Rayleigh 数自然对流问题),在计算开始时要慎重减小亚松驰
因子。使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过 4 到 5 步的迭代残差仍然增长,
你就需要减小亚松驰因子。有时候,如果发现残差开始增加,你可以改变亚松驰因子重新计算。
在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之
前先保存数据文件,并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是,亚松驰因
子的增加会使残差有少量的增加,但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几
个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。注意:粘性和密度的亚松驰
是在每一次迭代之间的。而且,如果直接解焓方程而不是温度方程(即:对 PDF 计算),基
于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值,你可以在解控制面板点
击默认按钮。对于大多数流动,不需要修改默认亚松弛因子。但是,如果出现不稳定或者发散
你就需要减小默认的亚松弛因子了,其中压力、动量、k 和 e 的亚松弛因子默认值分别为
0.2,0.5,0.5 和 0.5。对于 SIMPLEC 格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温
度强烈耦合的问题中,如相当高的 Rayleigh 数的自然或混合对流流动,应该对温度和/或密度
(所用的亚松弛因子小于 1.0)进行亚松弛。相反,当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱
时,流动密度是常数,温度的亚松弛因子可以设为 1.0。对于其它的标量方程,如漩涡,组分,
PDF 变量,对于某些问题默认的亚松弛可能过大,尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设
为 0.8 以使得收敛更容易。
SIMPLE 与 SIMPLEC 比较
在 FLUENT 中,可以使用标准 SIMPLE 算法和 SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,
默认是 SIMPLE 算法,但是对于许多问题如果使用 SIMPLEC 可能会得到更好的结果,尤其
是可以应用增加的亚松驰迭代时,具体介绍如下:
对于相对简单的问题(如:没有附加模型激活的层流流动),其收敛性已经被压力速度耦合所
限制,你通常可以用 SIMPLEC 算法很快得到收敛解。在 SIMPLEC 中,压力校正亚松驰因
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