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(dòng)都是非定常的。定常是一種近似。平時(shí)大家都是做定常計(jì)算。當(dāng)流體中有很大的非定?，F(xiàn)象時(shí),合理的結(jié)果應(yīng)該是定常計(jì)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(shí)際情況相差很遠(yuǎn)。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(huì)中,Denton的文章。里面總結(jié)了不少如何使用CFD的經(jīng)驗(yàn)。

說實(shí)話,關(guān)于這些問題我確實(shí)不敢說可以解決,但是都遇見過。有時(shí)候除了軟件的問題,還有硬件的問題。我曾經(jīng)用單機(jī)和并行機(jī)計(jì)算過相同的問題,單機(jī)顯示有的和樓主見到的相同,甚至不收斂,可是在并行機(jī)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(gè)軟件需要很多的經(jīng)驗(yàn),和做實(shí)驗(yàn)是一樣的,尤其是剛開始。

當(dāng)連續(xù)性不收斂的時(shí)候,做一下幾個(gè)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(shí)候相鄰網(wǎng)格尺寸差別太的時(shí)候,這時(shí)候就會(huì)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(shí)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(shí)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(gè)基本靠經(jīng)驗(yàn),可以試幾種不同的邊界條件,看看那中合適,同時(shí)在設(shè)置邊界條件的時(shí)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(shí)候,要注意fluent計(jì)算二維問題的時(shí)候默認(rèn)的是寬度為無窮大,就是z方向無窮大,這樣計(jì)算水力直徑的時(shí)候就要注意了。

設(shè)置松弛因子:一般問題fluent的默認(rèn)的松弛因子就夠了,但是如果連續(xù)性出現(xiàn)問題的時(shí)候可以改變一下松弛因子,當(dāng)然這樣付出的代價(jià)就是增加了計(jì)算時(shí)間。

對于定常流動(dòng),連續(xù)性方程忽略了密度項(xiàng),這也可能是造成連續(xù)性不收斂的原因,可以在開始計(jì)算的時(shí)候選擇非定常,慢慢過度到定常,這個(gè)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(dòng),有的時(shí)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(jì)算符合物理事實(shí),這個(gè)也沒有關(guān)系,有的時(shí)候即使殘差不收斂計(jì)算結(jié)果也可能是合理。就是說不一定非的要各項(xiàng)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(shí)。

說說cfx解決不收斂的方法

首先明確一下,鑒于現(xiàn)在計(jì)算模型越來越復(fù)雜,殘差并不是判定收斂的唯一標(biāo)準(zhǔn),很多時(shí)候殘差收斂都不是很理想,但每個(gè)計(jì)算一定要檢測某一點(diǎn)的速度壓力值,如果檢測點(diǎn)數(shù)值平穩(wěn)趨于穩(wěn)定,即使殘差收斂不是很理想,計(jì)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(gè). 現(xiàn)在說說解決不收斂的幾個(gè)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(gè)收斂的計(jì)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(jì)算進(jìn)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(jìn)大法. 比如正常進(jìn)口流量是10kg/s, 改成1kg/s,因?yàn)榈退偾闆r收斂要容易很多. 如果收斂,改成2kg/s,計(jì)算從上一個(gè)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(gè)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(jì)算,應(yīng)該就可以得到答案了.

6.再搞不定,仔細(xì)思考自己的模擬,是不是哪里有最基本的錯(cuò)誤. 我的經(jīng)驗(yàn),cfx模擬對于網(wǎng)格質(zhì)量的好壞不是很敏感. 如果一個(gè)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(gè)壓縮機(jī)的模擬,無論如何就是不收斂,最后發(fā)現(xiàn)因?yàn)檫^去個(gè)員工的粗心, 整個(gè)模型比實(shí)際尺寸直徑少了20厘米,換句話說,這個(gè)錯(cuò)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?yàn)楹芏鄷r(shí)候修改網(wǎng)格很麻煩. 先試試上面的再考慮這個(gè).

注意:一般二維仿真時(shí)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。

GAUGE PRESSURE 就是靜壓。

GAUGE toal PRESSURE 是總壓。

這里需要強(qiáng)調(diào)一下 Gauge為名義值,什么意思呢?如果,INITIAL Gauge PRESSURE =0,那么GAUGE PRESSURE 就是實(shí)際的靜壓Pinf。GAUGE toal PRESSURE 是實(shí)際的總壓Pt。如果INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零