1. Fluent質量和能量守恒

Fluent收斂性的判斷有時候很讓人頭疼，我們在三十二、Fluent收斂判斷標準及方法中概括的講述過幾種收斂標準。

通常我們判斷是否收斂最直接的就是看殘差曲線，但是很多時候，殘差曲線（尤其連續性曲線）一直是平的，連下降的趨勢都沒有。這時候最正確的做法應該是監測比較重要的物理量，查看其是否穩定。

如果監測的幾個物理量都很穩定，那可以忽略殘差曲線而認為計算已經達到收斂。

但是我們計算過程中更多的是遇到不穩定的情況，或者我們根本就不確定計算是否收斂了，那應該怎么辦呢？？本文提供一點思路來幫助理解計算發散的原因。

任何流動或傳熱問題的計算都比較質量守恒、能量守恒和動量守恒。當計算發散時，或者我們不確定它是否收斂的時候，就可以查看Fluent是否滿足三大守恒，如果不滿足，那肯定不收斂?；诖宋覀兛梢哉业桨l散的原因。

注：

1. Fluent滿足三大守恒也不一定收斂，還要輔助監測物理量來判斷收斂性

2. 強推文章四十三、Fluent增強收斂性-偽瞬態計算，能夠大大加快收斂速度，嘗試了一下，使用SIMPLEC算法10000迭代步可以收斂，使用偽瞬態算法只需要1000步，收斂速度加快了10倍

2. Fluent Flux通量

如何查看Fluent是否滿足質量守恒、能量守恒呢？？在Fluent后處理中Results-Reports-Fluxes可以查看

但是有幾點需要注意：

 

2.1 Options包含三個選項：

Mass Flow Rate、Total Heat Transfer Rate和Radiation Heat Transfer Rate，其他的以后補充。通過這三個選項可判斷計算是否滿足質量守恒和能量守恒。

 

2.2 不涉及源項問題

mass flow rate：所有進出口質量流率之和應該為0，其中進口為正，出口為負。Net Results表示進出口質量流率之和。壁面wall顯示為0，計算域內的質量流量顯示不為0，但計算Net Results時，內部區域會被跳過，只計算進出口區域。

Net Results：只計算模型進出口的質量流量

Total Heat Transfer Rate：所有進出口及壁面的總傳熱率之和應該為0，即Net Results=0。計算域內的總傳熱率顯示為0。

Net Results：只計算模型進、出口和壁面的的總傳熱率；如下圖不涉及能源源項，Net Results應該等于0，而圖中等于-4.46，說明收斂性不好，應該繼續計算或者修改部分參數后計算。

 

內部邊界：如果涉及到內部邊界（邊界類型 interior），上述三個Fluxes可能會不準確。需要先將內部邊界類型更改為wall(用于定位面積向量)，不用進行任何操作，然后再更改為interior，計算Fluxes

 

如果不涉及質量源項，那么模型進出口的mass flow rate應該相等，凈值Net Results應該等于0；

如果不涉及能量源項，模型進出口及壁面處的Total Heat Transfer Rate的凈值Net Results應該等于0

 

2.3 涉及源項問題

如果在Cell Zone Conditions---Fluid中設置了質量源項（kg/(m3*s)），則Net results顯示的為添加質量源項計算域的積分值。即每個網格的質量源項與計算域網格體積相乘之和，單位恰好為kg/s。

同理如果在Cell Zone Conditions---Fluid中設置了能量源項（W/m3），則Net results顯示的為添加能量源項計算域的積分值。

2.4 涉及多相流問題

使用多相流模型，上述三個Fluxes可以對單獨相也可對mixture進行計算。如果沒有源項，那么每一相的net results=0；

如果對某一相設置了質量或能量源項，那么對這一相的net results就是添加源項計算域的積分值。

 

如果涉及到相間的傳熱和傳質，那么對于單獨相，則mass flow rate和total heat transfer rate的Net Results不為0；

但是對于mixture相，mass flow rate和total heat transfer rate的Net Results=0。比如蒸發冷凝模型、PBM模型。

 

2.5 涉及到顆粒流動

如果使用離散相模型（DPM），則會單獨報告粒子注入的質量流量和傳熱率，并且Net Results結果會將粒子注入的質量流量和傳熱率也包含進去。

 

比如上圖，Net Results等于Results中各個質量流量之和，再加上DPM Mass Source。Net Results=-1.770709+0.876162 +0.876162+0.01839178=6.367223e-6

也就是說，涉及DPM模型，不涉及源項時，Net result應該也為0。

 

3. Flux通量總結

單相流且不涉及源項，質量和能量的Net results=0；

多相流不涉及源項，且沒有相間傳熱傳質則單獨相的Net results=0；

若涉及相間傳熱傳質，則單獨相的Net results不等于0，但mixture相的質量和能量的Net results=0；

顆粒流不涉及源項時，Net result也為0。

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