Fluent伪瞬态计算提升收敛性技巧

0. 伪瞬态作用

  为什么要使用伪瞬态的算法？伪瞬态的作用实际上是增加收敛性的，当你的稳态计算收敛性不好时，可以将稳态计算更改为伪瞬态计算，收敛性会增强。


  当然还可以通过前面所说的降低松弛因子的方式来增强收敛性。

  但是，伪瞬态并不是真正的瞬态，它虽然会出现时间步长这种概念，但是在每个时间步长并不收敛，而只是最终的计算结果收敛，因此当计算只考虑稳态结果时可以使用伪瞬态算法，而如果考虑某时刻的结果，则必须使用瞬态算法。

1. 使用条件

对于稳态计算，当使用基于压力的耦合求解器coupled或基于密度的隐式求解器Implicit时，可以选择伪瞬态的方式求解计算。伪瞬态实际上是一种隐式亚松弛形式

除了伪瞬态这种隐式的亚松驰因子外，还可以设置显式的亚松驰因子，即Solution Controls。所谓显式亚松驰因子即17.松弛因子的理解。


  最好使用默认的亚松弛因子开始计算。除非收敛性很差，可以适当减小相应的松弛因子。

如果选择基于压力求解器，则所有的方程都会有亚松驰因子。但如果选择基于密度求解器，只有那些被依次求解的方程式才会有亚松驰因子

2. 伪瞬态高级设置Advanced Solution Controls

Solution Controls----Advanced----Expert


  除了流动方程外，所有的方程都在其中。一般不必设置这些参数，保持默认即可。


  但若特殊的方程导致收敛性问题时，可对其进行设置以帮助求解。

可以为每个方程设置单独的时间缩放因子Time Scale Factor，这里的Time Scale Factor会与Run Calculation界面中的Pseudo Time Step Size相乘，作为每个方程的Time Step Size。


  默认设置对每个方程都进行伪瞬态设置，且时间缩放因子相同，燃烧模型除外。


  对于燃烧模型，species，enthalpy和combustion variable 等方程默认伪瞬态是关闭的，只有通过Expert界面才能打开。

  当使用预混、部分预混或PDF燃烧模型时，能量方程默认也是关闭的。默认UDS方程也是关闭的。


  对于多相流，volume fraction equation的伪瞬态只有在以分离的方式求解时才可用。当在Solution Methods界面中勾选Coupled with Volume Fractions选项时，volume fraction equation伪瞬态不可用

3. Run Calculation界面伪瞬态设置

3.1 Fluid Time Scale

Time Step Method：选择User-Specified，则可以输入Pseudo Time Step Size。通常，time scale size应该与流动的全局时间尺度相关，例如：

其中Global Length是模型代表性的尺寸

  Automatic：Fluent会自动计算伪时间步长，自动时间尺度计算通常比较保守，将时间尺度因子增加到3或10会提高收敛速度。降低到0.3或0.1可使收敛性更好。


  Length Scale Method：微调伪时间步长大小，有两种方式：

  Conservative：默认值，对于三维，使用网格体积的立方体根，对于二维，使用面积的平方根。

  Aggressive：使用最大几何范围，比Conservative方式时间步长更大。



  Verbosity：整数值0、1、2，默认是0，值为1将打印伪时间步长。值为2将打印有关计算的其他细节。

3.2 Solid Time Scale

只有当区域中存在固体区域，或在多孔介质模型、固化与熔融模型启用了能量方程，Solid Time Scale才会出现在界面中。


  User-Specified：可以输入Pseudo Time Step Size。

  Automatic：Fluent会自动计算伪时间步长

4. 多相流伪时间步长设置

a. 上述的伪时间步长设置在多相流中同样适用


  b. 对于稳态问题，不应该仅基于残差来判断收敛性。为了更好地判断收敛性，还应该监视特定位置的变量，直到该值基本不变。


  c. 明渠流动问题，推荐使用Coupled with Volume Fractions耦合求解

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