1. Fluent迭代計算流程

1.1 計算流程

在講述收斂之前，我們先了解一下Fluent是如何進行迭代求解的。

在建模劃分網格后，通過一系列設置，單擊Calculation，Fluent開始計算，其流程如下：

1. 根據初始化值，假設流場物理量初值為Q0
2. 在初值基礎上，根據守恒方程，對流場進行計算，得出新的流場物理量值Q1
3. 比較Q0與Q1的值，|Q1-Q0|稱為絕對誤差，|Q1-Q0|/Q1為相對誤差。
4. 若誤差小于設定值P，則達到收斂；否則，未達到收斂，取新的迭代值Q2進行計算，重復以上步驟。

1.2 殘差的理解

檢測的的物理量主要有速度、質量、能量、湍流參數等，如上圖1

這里的誤差并不是殘差Residual，實際上殘差的計算要復雜的多，但是為了理解方便，我們可以認為殘差等同于誤差。下圖是殘差公式：

并不是所有的工況都會收斂。當各物理量的值基本不變時，即殘差很小時，工況才可能收斂。

但是對于瞬態，各物理量的值總是變化，如何收斂？正因如此瞬態才有時間步的概念，瞬態問題在每個時間步上都認為是穩態，所以瞬態問題的殘差圖總是波浪線型。

2. 收斂標準

2.1 殘差標準

對所有的工況，沒有統一的判斷標準。對于大多數問題，默認的判斷標準已經足夠（For most problems, the default convergence criterion in ANSYS Fluent is sufficient. ）

建議殘差達到設定值后，多算50步，確定殘差之后都是減小的趨勢。

2.2 監測物理量

為了使結果更加精確，可根據工況輔助檢測一些物理量，如速度，流量等。當所關心的物理量基本不變時，說明達到了收斂。某些情況下即使殘差沒有達到設定值，只要所檢測的物理量很穩定，也可以認為收斂

2.3 通量守恒

除了上述兩種情況，還可以通過Flux守恒來判斷。當計算完成后，通過查看Flux是否守恒來判斷是否收斂。

Results-Reports-Fluxes

通常情況，在沒有質量源項和能量源項的情況下，進出口Mass Flow Rate的Net Results應該很小，接近0；各壁面的Total Heat Transfer Rate也應該接近0。

3. 收斂方法

3.1 提高網格質量

最重要的一點，提高網格質量。對于簡單的模型，能用結構化網格盡量結構化。

對于物理量變化比較劇烈的部分要進行網格加密，如邊界層。（可使用自適應網格自動捕捉梯度較大的網格）

3.2 適當減小松弛因子

所謂松弛因子簡單理解就是一個比例系數。前面的計算流程我們說過下一步迭代需要取新的迭代值Q2，Q2如何取？

Q2=Q1+B*DETA，其中Q1為上一步值，B為松弛因子，DETA為變化量。

顯然松弛因子越小，越容易收斂。但是收斂速度也越慢。一般如果某個物理量殘差曲線比較高，相應的減小這個物理量的松弛因子即可。

比如速度收斂性不好，可將動量Momentum的松弛因子減小。

3.3 先穩態計算收斂后再瞬態

對于瞬態問題，可先穩態計算收斂后再瞬態。

比如降膜蒸發問題，可先穩態計算流動，流動穩定后再打開瞬態加入蒸發，可迅速達到收斂。

但是一些情況不能使用，比如考慮某瞬態時間下的工況。

3.4計算部分方程

不計算所有的方程，比如一共四個方程流動Flow、湍流Turbulence、能量Energy和UDS。由于UDS不容易收斂，可以先計算另外三個方程，待收斂后再打開UDS方程進行計算，可比較快速的收斂。

3.5 其他方法

收斂問題主要還是考經驗，對于邊界條件的設置，求解器的設置等都會影響收斂，而且影響很大，但是這些都是和具體的問題有關。不同的求解器適用于不同的工況，以后我們會詳細說明。

初始化的值也能顯著影響計算的收斂速度。如果初始化值就是準確值，那都不需要計算就收斂了。但是我們沒辦法給出準確的值，只能給出符合實際問題的物理量。