CFD残差不收敛问题

2017-01-12 by:CAE仿真在线来源:互联网

总是收敛的CFD程序,不可能是好东西。

大部分流动都是非定常的。定常是一种近似。平时大家都是做定常计算。当流体中有很大的非定常现象时,合理的结果应该是定常计算不能收敛。那些总是收敛的软件,像NUMECA,里面一定有一人为的非物理的东西来稳定迭代。在这种情况下,十有八九,收敛的结果与实际情况相差很远。如果,有人用这样的结果去做工程,那是要闯祸的。

建议读一下,今年IGTI年会中,Denton的文章。里面总结了不少如何使用CFD的经验。

说实话,关于这些问题我确实不敢说可以解决,但是都遇见过。有时候除了软件的问题,还有硬件的问题。我曾经用单机和并行机计算过相同的问题,单机显示有的和楼主见到的相同,甚至不收敛,可是在并行机上根本没有问题!

你的网格数不算多,而且图形不是很复杂,尽量用结构化网格吧,看看边界条件设定是否有问题。

用这个软件需要很多的经验,和做实验是一样的,尤其是刚开始。

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):

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,同时近壁面的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。

边界条件的设置问题:边界条条件要设置合理,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。

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。

对于定常流动,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。

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,如果计算符合物理事实,这个也没有关系,有的时候即使残差不收敛计算结果也可能是合理。就是说不一定非的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。

说说cfx解决不收敛的方法

首先明确一下,鉴于现在计算模型越来越复杂,残差并不是判定收敛的唯一标准,很多时候残差收敛都不是很理想,但每个计算一定要检测某一点的速度压力值,如果检测点数值平稳趋于稳定,即使残差收敛不是很理想,计算结果几乎可以肯定是收敛并且正确的. cfx的说明也提到了这个. 现在说说解决不收敛的几个方法. 可以按照次序尝试,或者结合着来,根本目标就是要先拿到一个收敛的计算结果,然后就好办了.

1.使用upwind,也就是1阶精度算法.

2.减少步长,使用physical time scale, 比如1e-5s试试. 计算进行了一定步数(比如100步)后,可以增加步长.

3.更改湍流模型,例如k-e模型应该比k-w类的容易收敛

4.再不行,采用无敌的流量渐进大法. 比如正常进口流量是10kg/s, 改成1kg/s,因为低速情况收敛要容易很多. 如果收敛,改成2kg/s,计算从上一个结果开始...依此类推,直到10kg/s.

5.上述方法用过后,拿到一个收敛的模拟.再把所有设置更改为希望的设置(比如双精度,k-w模型等等),在收敛的结果上面继续计算,应该就可以得到答案了.

6.再搞不定,仔细思考自己的模拟,是不是哪里有最基本的错误. 我的经验,cfx模拟对于网格质量的好坏不是很敏感. 如果一个低流量的模拟可以收敛,那基本可以证明网格没有问题. 过去我做个压缩机的模拟,无论如何就是不收敛,最后发现因为过去个员工的粗心, 整个模型比实际尺寸直径少了20厘米,换句话说,这个错误的缩小模型根本没可能"吞掉"模拟流量,当然无法收敛了.

7.修改网格,放在最后一招因为很多时候修改网格很麻烦. 先试试上面的再考虑这个.

注意:一般二维仿真时currant number 取小于1的数值,选择湍流模型也很重要!

楼上的本人现在也正做喷管这方面的模拟,你遇到的问题和我现在的一样,就我查到的资料如下,希望对你有帮助。