FLUENT连续性方程收敛难题与求解器设置优化

continuity不收敛的问题

连续性方程不收敛是怎么回事？

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？

当连续性不收敛的时候，做一下几个方面的检查（当然有的具体问题还要具体分析）：

1）网格问题：在相对复杂的几何模型往往要分块画网格，当分块画网格的时候相邻网格尺寸差别太的时候，这时候就会出现连续性方程不收敛或者残差很大，在相邻的块网格之间差别不要太大一般要控制在1.2左右，同时，近壁面处的边界层网格也对连续性有一定的影响，在壁面处使用边界层的时候边界层与网格的差别也不要太大。

2）边界条件的设置问题：边界条件要设置合理，这个基本靠经验，可以试几种不同的边界条件，看看那中合适，同时在设置边界条件的时候也应该注意，如果是二维模型，设置水力直径和一些特征长度的时候，要注意fluent计算二维问题的时候默认的是宽度为无穷大，就是z方向无穷大，这样计算水力直径的时候就要注意了；Velocity inlet boundary conditions are not appropriate for compressible flow problems.速度进口边界条件不适用于可压缩流动问题

3）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。

4）设置松弛因子：一般问题fluent的默认的松弛因子就够了，但是如果连续性出现问题的时候可以改变一下松弛因子，当然这样付出的代价就是增加了计算时间。

5）对与定常流动，连续性方程忽略了密度项，这也可能是造成连续性不收敛的原因，可以在开始计算的时候选择非定常，慢慢过度到定常，这个我没有试过，只是看到有的帖子上有这么说。

6）我现在做的都是定常流动，有的时候即使连续性残差不收敛，但是可以根据其他的判断收敛的条件。主要是查看流量是否平衡？在report->flux里面操作，mass flow rate，把所有进出口都选上，compute一下，看看nut 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。这种情况下，即使残差不收敛，计算结果也可能是合理。就是说不一定非得要各项的残差都收敛。主要是看结果合不合理。符合不符合物理事实！

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。

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 Lar.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。

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。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删