CFD殘差不收斂問題

2017-01-12 by:CAE仿真在線來源:互聯網

總是收斂的CFD程序,不可能是好東西。

大部分流動都是非定常的。定常是一種近似。平時大家都是做定常計算。當流體中有很大的非定常現象時,合理的結果應該是定常計算不能收斂。那些總是收斂的軟件,像NUMECA,里面一定有一人為的非物理的東西來穩定迭代。在這種情況下,十有八九,收斂的結果與實際情況相差很遠。如果,有人用這樣的結果去做工程,那是要闖禍的。

建議讀一下,今年IGTI年會中,Denton的文章。里面總結了不少如何使用CFD的經驗。

說實話,關于這些問題我確實不敢說可以解決,但是都遇見過。有時候除了軟件的問題,還有硬件的問題。我曾經用單機和并行機計算過相同的問題,單機顯示有的和樓主見到的相同,甚至不收斂,可是在并行機上根本沒有問題!

你的網格數不算多,而且圖形不是很復雜,盡量用結構化網格吧,看看邊界條件設定是否有問題。

用這個軟件需要很多的經驗,和做實驗是一樣的,尤其是剛開始。

當連續性不收斂的時候,做一下幾個方面的檢查(當然有的具體問題還要具體分析):

網格問題:在相對復雜的幾何模型往往要分塊畫網格,當分塊畫網格的時候相鄰網格尺寸差別太的時候,這時候就會出現連續性方程不收斂或者殘差很大,在相鄰的塊網格之間差別不要太大一般要控制在1.2左右,同時近壁面的網格也對連續性有一定的影響,在壁面處使用邊界層的時候邊界層與網格的差別也不要太大。

邊界條件的設置問題:邊界條條件要設置合理,這個基本靠經驗,可以試幾種不同的邊界條件,看看那中合適,同時在設置邊界條件的時候也應該注意,如果是二維模型,設置水力直徑和一些特征長度的時候,要注意fluent計算二維問題的時候默認的是寬度為無窮大,就是z方向無窮大,這樣計算水力直徑的時候就要注意了。

設置松弛因子:一般問題fluent的默認的松弛因子就夠了,但是如果連續性出現問題的時候可以改變一下松弛因子,當然這樣付出的代價就是增加了計算時間。

對于定常流動,連續性方程忽略了密度項,這也可能是造成連續性不收斂的原因,可以在開始計算的時候選擇非定常,慢慢過度到定常,這個我沒有試過,只是看到有的帖子上有這么說。

我現在做的都是定常流動,有的時候即使連續性殘差不收斂,但是可以根據其他的判斷收斂的條件,如果計算符合物理事實,這個也沒有關系,有的時候即使殘差不收斂計算結果也可能是合理。就是說不一定非的要各項的殘差都收斂。主要是看結果合不合理。符合不符合物理事實。

說說cfx解決不收斂的方法

首先明確一下,鑒于現在計算模型越來越復雜,殘差并不是判定收斂的唯一標準,很多時候殘差收斂都不是很理想,但每個計算一定要檢測某一點的速度壓力值,如果檢測點數值平穩趨于穩定,即使殘差收斂不是很理想,計算結果幾乎可以肯定是收斂并且正確的. cfx的說明也提到了這個. 現在說說解決不收斂的幾個方法. 可以按照次序嘗試,或者結合著來,根本目標就是要先拿到一個收斂的計算結果,然后就好辦了.

1.使用upwind,也就是1階精度算法.

2.減少步長,使用physical time scale, 比如1e-5s試試. 計算進行了一定步數(比如100步)后,可以增加步長.

3.更改湍流模型,例如k-e模型應該比k-w類的容易收斂

4.再不行,采用無敵的流量漸進大法. 比如正常進口流量是10kg/s, 改成1kg/s,因為低速情況收斂要容易很多. 如果收斂,改成2kg/s,計算從上一個結果開始...依此類推,直到10kg/s.

5.上述方法用過后,拿到一個收斂的模擬.再把所有設置更改為希望的設置(比如雙精度,k-w模型等等),在收斂的結果上面繼續計算,應該就可以得到答案了.

6.再搞不定,仔細思考自己的模擬,是不是哪里有最基本的錯誤. 我的經驗,cfx模擬對于網格質量的好壞不是很敏感. 如果一個低流量的模擬可以收斂,那基本可以證明網格沒有問題. 過去我做個壓縮機的模擬,無論如何就是不收斂,最后發現因為過去個員工的粗心, 整個模型比實際尺寸直徑少了20厘米,換句話說,這個錯誤的縮小模型根本沒可能"吞掉"模擬流量,當然無法收斂了.

7.修改網格,放在最后一招因為很多時候修改網格很麻煩. 先試試上面的再考慮這個.

注意:一般二維仿真時currant number 取小于1的數值,選擇湍流模型也很重要!

樓上的本人現在也正做噴管這方面的模擬,你遇到的問題和我現在的一樣,就我查到的資料如下,希望對你有幫助。