關于Fluent中的松弛因子

2017-01-14 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

由于流體力學中要求解非線性的方程,在求解過程中,控制變量的變化是很必要的,這就通過松弛因子來實現(xiàn)的.它控制變量在每次迭代中的變化。也就是說,變量的新值為原值加上變化量乘以松弛因子。

如:A1=A0+B*DETA

A1 新值;A0 原值;B 松弛因子;DETA 變化量;

松弛因子可控制收斂的速度和改善收斂的狀況!

=1,相當于不用松弛因子;

>1,為超松弛因子,加快收斂速度;

<1,欠松弛因子,改善收斂的條件;

一般來講,大家都是在收斂不好的時候,采用一個較小的欠松弛因子。 Fluent里面用的是欠松弛,主要防止兩次迭代值相差太大引起發(fā)散。

松弛因子的值在0~1之間,越小表示兩次迭代值之間變化越小,也就越穩(wěn)定,但收斂也就越慢。

1、亞松弛(Under Relaxation)

所謂亞松弛就是將本層次計算結果與上一層次結果的差值作適當縮減,以避免由于差值過大而引起非線性迭代過程的發(fā)散。用通用變量來寫出時,為松弛因子(Relaxation Factors)。

2、FLUENT中的亞松弛

由于FLUENT所解方程組的非線性,我們有必要控制的變化。一般用亞松弛方法來實現(xiàn)控制,該方法在每一步迭代中減少了的變化量。亞松弛最簡單的形式為:單元內(nèi)變量等于原來的值加上亞松弛因子a與變化量的積,分離解算器使用亞松弛來控制每一步迭代中的計算變量的更新。這就意味著使用分離解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他標量)都會有一個相關的亞松弛因子。在FLUENT中,所有變量的默認亞松弛因子都是對大多數(shù)問題的最優(yōu)值。這個值適合于很多問題。

但是對于一些特殊的非線性問題(如:某些湍流或者高Rayleigh數(shù)自然對流問題),在計算開始時要慎重減小亞松弛因子。

使用默認的亞松弛因子開始計算是很好的習慣。如果經(jīng)過4到5步的迭代殘差仍然增長,你就需要減小亞松弛因子。有時候,如果發(fā)現(xiàn)殘差開始增加,你可以改變亞松弛因子重新計算。在亞松弛因子過大時通常會出現(xiàn)這種情況。最為安全的方法就是在對亞松弛因子做任何修改之前先保存數(shù)據(jù)文件,并對解的算法做幾步迭代以調(diào)節(jié)到新的參數(shù)。最典型的情況是,亞松弛因子的增加會使殘差有少量的增加,但是隨著解的進行殘差的增加又消失了。如果殘差變化有幾個量級你就需要考慮停止計算并回到最后保存的較好的數(shù)據(jù)文件。

注意:

粘性和密度的亞松弛是在每一次迭代之間的。而且,如果直接解焓方程而不是溫度方程(即:對PDF計算),基于焓的溫度的更新是要進行亞松弛的。要查看默認的亞松弛因子的值,你可以在解控制面板點擊默認按鈕。

對于大多數(shù)流動,不需要修改默認亞松弛因子。但是,如果出現(xiàn)不穩(wěn)定或者發(fā)散你就需要減小默認的亞松弛因子了,其中壓力、動量、k和e的亞松弛因子默認值分別為0.2,0.5,0.5和0.5。

對于SIMPLEC格式一般不需要減小壓力的亞松弛因子。在密度和溫度強烈耦合的問題中,如相當高的Rayleigh數(shù)的自然或混合對流流動,應該對溫度和/或密度(所用的亞松弛因子小于1.0)進行亞松弛。相反,當溫度和動量方程沒有耦合或者耦合較弱時,流動密度是常數(shù),溫度的亞松弛因子可以設為1.0。

對于其它的標量方程,如漩渦,組分,PDF變量,對于某些問題默認的亞松弛可能過大,尤其是對于初始計算。你可以將松弛因子設為0.8以使得收斂更容易.

SIMPLE與SIMPLEC比較在FLUENT中,可以使用標準SIMPLE算法和SIMPLEC (SIMPLE-Consistent)算法,默認是SIMPLE算法,但是對于許多問題如果使用SIMPLEC可能會得到更好的結果,尤其是可以應用增加的亞松馳迭代時,具體介紹如下:

對于相對簡單的問題(如:沒有附加模型激活的層流流動),其收斂性已經(jīng)被壓力速度耦合所限制,你通常可以用SIMPLEC算法很快得到收斂解。在SIMPLEC中,壓力校正亞松馳因子通常設為1.0,它有助于收斂。但是,在有些問題中,將壓力校正松弛因子增加到1.0可能會導致不穩(wěn)定。對于所有的過渡流動計算,強烈推薦使用PISO算法鄰近校正。它允許你使用大的時間步,而且對于動量和壓力都可以使用亞松馳因子1.0。對于定常狀態(tài)問題,具有鄰近校正的PISO并不會比具有較好的亞松馳因子的SIMPLE或SIMPLEC好。對于具有較大扭曲網(wǎng)格上的定常狀態(tài)和過渡計算推薦使用PISO傾斜校正。當你使用PISO鄰近校正時,對所有方程都推薦使用亞松馳因子為1.0或者接近1.0。如果你只對高度扭曲的網(wǎng)格使用PISO傾斜校正,請設定動量和壓力的亞松馳因子之和為1.0比如:壓力亞松馳因子0.3,動量亞松馳因子0.7)。如果你同時使用PISO的兩種校正方法,推薦參閱PISO鄰近校正中所用的方法。