CFD殘差不收斂問題

2017-01-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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(dāng)流體中有很大的非定?，F(xiàn)象時,合理的結(jié)果應(yīng)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(wěn)定迭代。在這種情況下,十有八九,收斂的結(jié)果與實際情況相差很遠。如果,有人用這樣的結(jié)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(jié)了不少如何使用CFD的經(jīng)驗。

說實話,關(guān)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(jīng)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(wǎng)格數(shù)不算多,而且圖形不是很復(fù)雜,盡量用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格吧,看看邊界條件設(shè)定是否有問題。

用這個軟件需要很多的經(jīng)驗,和做實驗是一樣的,尤其是剛開始。

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

網(wǎng)格問題:在相對復(fù)雜的幾何模型往往要分塊畫網(wǎng)格,當(dāng)分塊畫網(wǎng)格的時候相鄰網(wǎng)格尺寸差別太的時候,這時候就會出現(xiàn)連續(xù)性方程不收斂或者殘差很大,在相鄰的塊網(wǎng)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(wǎng)格也對連續(xù)性有一定的影響,在壁面處使用邊界層的時候邊界層與網(wǎng)格的差別也不要太大。

邊界條件的設(shè)置問題:邊界條條件要設(shè)置合理,這個基本靠經(jīng)驗,可以試幾種不同的邊界條件,看看那中合適,同時在設(shè)置邊界條件的時候也應(yīng)該注意,如果是二維模型,設(shè)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(shè)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(xù)性出現(xiàn)問題的時候可以改變一下松弛因子,當(dāng)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(xù)性方程忽略了密度項,這也可能是造成連續(xù)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(xiàn)在做的都是定常流動,有的時候即使連續(xù)性殘差不收斂,但是可以根據(jù)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(guān)系,有的時候即使殘差不收斂計算結(jié)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(jié)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(xiàn)在計算模型越來越復(fù)雜,殘差并不是判定收斂的唯一標(biāo)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(shù)值平穩(wěn)趨于穩(wěn)定,即使殘差收斂不是很理想,計算結(jié)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(xiàn)在說說解決不收斂的幾個方法. 可以按照次序嘗試,或者結(jié)合著來,根本目標(biāo)就是要先拿到一個收斂的計算結(jié)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(shù)(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(yīng)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(jié)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(shè)置更改為希望的設(shè)置(比如雙精度,k-w模型等等),在收斂的結(jié)果上面繼續(xù)計算,應(yīng)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(jīng)驗,cfx模擬對于網(wǎng)格質(zhì)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(wǎng)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(fā)現(xiàn)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(dāng)然無法收斂了.

7.修改網(wǎng)格,放在最后一招因為很多時候修改網(wǎng)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(shù)值,選擇湍流模型也很重要!

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