Fluent殘差震蕩的案例
[問題討論]Fluent殘差震蕩問題
一、殘差波動的主要原因：
1、高精度格式；
2、網(wǎng)格太粗；
3、網(wǎng)格質(zhì)量差；
4、流場本身邊界復(fù)雜，流動復(fù)雜；
5、模型的不恰當(dāng)使用。
二、問：在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算時候，開始殘差線是一直下降的，可是到后來各種殘差線都顯示為波形波動，是不是不收斂??？
答：有些復(fù)雜或流動環(huán)境惡劣情形下確實(shí)很難收斂。計(jì)算的精度（2 階），網(wǎng)格太疏，網(wǎng)格質(zhì)量太差，等都會使殘差波動。經(jīng)常遇到，一開始下降，然后出現(xiàn)波動，可以降低松弛系數(shù)，我的問題就能收斂，但如果網(wǎng)格質(zhì)量不好，是很難的。通常，計(jì)算非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，如果問題比較復(fù)雜，會出現(xiàn)這種情況，建議作網(wǎng)格時多下些功夫。理論上說，殘差的震蕩是數(shù)值迭代在計(jì)算域內(nèi)傳遞遭遇障礙物反射形成周期震蕩導(dǎo)致的結(jié)果，與網(wǎng)格亞尺度雷諾數(shù)有關(guān)。例如，通常壓力邊界是主要的反射源，換成OUTFLOW 邊界會好些。這主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷。所以我說網(wǎng)格和邊界條件是主要因素。
三、
1、網(wǎng)格問題：比如流場內(nèi)部存在尖點(diǎn)等突變，導(dǎo)致網(wǎng)格在局部質(zhì)量存在問題，影響收斂（這個問題站長遇到過。在用ICEM對水泵蝸殼劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的時候，顯示質(zhì)量很高，但是殘差一致震蕩，到最后近似一條直線的震蕩。結(jié)果差不多正確。后來查找了各種原因，最終發(fā)現(xiàn)時網(wǎng)格質(zhì)量問題。在網(wǎng)格質(zhì)量檢查的時候，一定要在導(dǎo)出網(wǎng)格時候檢查質(zhì)量，也就是生成網(wǎng)格后檢查。檢查的時候設(shè)定最大質(zhì)量為0.2（或者稍微高點(diǎn)），這樣質(zhì)量差的網(wǎng)格才會顯示，如果只有一個兩個網(wǎng)格質(zhì)量差，設(shè)置質(zhì)量為1是會被忽略的。找到質(zhì)量差的地方，重點(diǎn)修改這個地方就可以了）。
2、可以調(diào)整一下courant number，courant number實(shí)際上是指時間步長和空間步長的相對關(guān)系，系統(tǒng)自動減小courant數(shù)，這種情況一般出現(xiàn)在存在尖銳外形的計(jì)算域，當(dāng)局部的流速過大或者壓差過大時出錯，把局部的網(wǎng)格加密再試一下。
展開 FLUENT中的非穩(wěn)態(tài)的殘差曲線
FLUENT中可選耦合式和分離式解法。
對于非穩(wěn)態(tài)問題，unsteady, 則會出現(xiàn)時間相關(guān)項(xiàng)的計(jì)算方法選項(xiàng)： 如一階隱式，二階隱式、
注意，顯式只是對于耦合顯式求解器有效。
PISO適合于瞬態(tài)模擬，特別是時間步長較大到情況。取1.0的欠松弛因子可以保證計(jì)算的穩(wěn)定性?；蛘呔W(wǎng)格變形度高的地方。但是對于LES而言，由于LES需要更小的時間步長，因此不適合用PISO。LES 最好使用SIMPLE(C)算法。
Courant Number 用來控制耦合求解的時間步長。時間步長與courantnumber成正比。因此顯式需嚴(yán)格控制時間步長，courant number。
非穩(wěn)態(tài)的殘差圖中，每一次更新都會使殘差變大，因此會是一條振蕩的曲線。此外，x軸是對數(shù)軸，因此每次屏滿了之后都會重新調(diào)X軸，導(dǎo)致曲線彎曲。
時間步長越小，越不容易發(fā)散，特別是顯式計(jì)算對時間步長的要求很嚴(yán)格。如果在設(shè)定的最大迭代數(shù)（20）內(nèi)還沒收斂，可能是要減小時間步長或者減小courant數(shù)。
通過殘差曲線來看收斂性：
- 一般的，殘差下降三個數(shù)量級表示至少達(dá)到了定性的收斂，流場的主要特征已經(jīng)形成。
- 壓力基求解器的能量殘差應(yīng)該下降到10-6以下
- 檢查全局通量守恒：檢查（NetResults)應(yīng)該小于通過邊界通量的最小值的1%。（在Reports ->fluxes->mass flowrate->boundaries, 再compute)。
收斂遇到困難？？？？
對一些病態(tài)問題，差質(zhì)量的網(wǎng)格或者不合理的求解器設(shè)置都會出現(xiàn)數(shù)值的不穩(wěn)定性。
變現(xiàn)為殘差曲線上揚(yáng)（不收斂，發(fā)散）或者幾乎水平（不下降）
發(fā)散意味著守恒方程的不平衡增加。
展開 [問題討論]Fluent殘差收斂標(biāo)準(zhǔn)問題
Fluent默認(rèn)的收斂標(biāo)準(zhǔn)是：除能量的殘差值外，當(dāng)所有變量的殘差值都降到低于１０－３時，就認(rèn)為計(jì)算收斂，而能量的殘差值的收斂標(biāo)準(zhǔn)為低于１０－６
怎樣判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂？
1、觀察點(diǎn)處的值不再隨計(jì)算步驟的增加而變化；
2、各個參數(shù)的殘差隨計(jì)算步數(shù)的增加而降低，最后趨于平緩；
3、要滿足質(zhì)量守恒（計(jì)算中不牽涉到能量）或者是質(zhì)量與能量守恒（計(jì)算中牽涉到能量）。
特別要指出的是，即使前兩個判據(jù)都已經(jīng)滿足了，也并不表示已經(jīng)得到合理的收斂解了，因?yàn)?，如果松弛因子設(shè)置得太緊，各參數(shù)在每步計(jì)算的變化都不是太大，也會使前兩個判據(jù)得到滿足。此時就要再看第三個判據(jù)了。
還需要說明的就是,一般我們都希望在收斂的情況下，殘差越小越好，但是殘差曲線是全場求平均的結(jié)果，有時其大小并不一定代表計(jì)算結(jié)果的好壞，有時即使計(jì)算的殘差很大，但結(jié)果也許是好的，關(guān)鍵是要看計(jì)算結(jié)果是否符合物理事實(shí)，即殘差的大小與模擬的物理現(xiàn)象本身的復(fù)雜性有關(guān)，必須從實(shí)際物理現(xiàn)象上看計(jì)算結(jié)果。比如說本斑最近在算的一個全機(jī)模型,在大攻角情況下,解震蕩得非常厲害，而且殘差的量級也總下不去,但這仍然是正確的,為什么呢,因?yàn)榇蠊ソ窍聦?shí)際流動情形就是這樣的,不斷有渦的周期性脫落,流場本身就是非定常的,所以解也是波動的,處理的時候取平均就可以了。有時候我們會認(rèn)為只要所有的殘差達(dá)到1e-3或者1e-4就是達(dá)到收斂了。其實(shí)這個1e-3或者1e-4的收斂標(biāo)準(zhǔn)是相對而言的。在FLUENT中殘差是以開始5步的平均值為基準(zhǔn)進(jìn)行比較的。如果你的初值取得好，你的迭代會很快收斂，但是你的殘差卻依然很高；但是當(dāng)你改變初場到比較不同的值時，你的殘差開始會很大，但隨后卻可以很快降低到很低的水平，讓你看起來心情很好。其實(shí)兩種情況下流場是基本相同的。
由此來看，判斷是否收斂并不是嚴(yán)格根據(jù)殘差的走向而定的。
展開 【轉(zhuǎn)載】Fluent中殘差曲線continuity不收斂的問題
這和fluent程序的求解方法SIMPLE有關(guān)。SIMPLE根據(jù)連續(xù)方程推導(dǎo)出壓力修正方法求解壓力。由于連續(xù)方程中
流場耦合項(xiàng)被過渡簡化，使得壓力修正方程不能準(zhǔn)確反映流場的變化，從而導(dǎo)致該方程收斂緩慢。
你可以試驗(yàn)SIMPLEC方法，應(yīng)該會收斂快些。
在計(jì)算模擬中，continuity總不收斂，除了加密網(wǎng)格，還有別的辦法嗎？別的條件都已經(jīng)收斂了，就差它自己
了，還有收斂的標(biāo)準(zhǔn)是什么？是不是到了一定的尺度就能收斂了，比如10－e5具體的數(shù)量級就收斂了
continuity
是質(zhì)量殘差，具體是表示本次計(jì)算結(jié)果與上次計(jì)算結(jié)果的差別，如果別的條件收斂了，就差它?？? 以點(diǎn)report，打開里面FLUX選項(xiàng)，算出進(jìn)口與出口的質(zhì)量流量差，看它是否小于0.5%.如果小于，可以判斷它
收斂.
(2)
fluent殘差曲線圖中continuity是什么含義？
是質(zhì)量守恒方程的反映，也就是連續(xù)性的殘差。這個收斂的快并不能說明你的計(jì)算就一定正確，還要看動量
方程的迭代計(jì)算。表示某次迭代與上一次迭代在所有cells積分的差值，continuty表示連續(xù)性方程的殘差
(3)
正在學(xué)習(xí)Fluent,模擬圓管內(nèi)的流動，速度入口，出口outflow運(yùn)行后xy的速度很快就到1e-06了，但是
continuity老是降不下去，維持在1e-00和1e-03之間，減小松弛因子好像也沒什么變化大家有什么建議嗎？
你查看了流量是否平衡嗎？
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[案例分析]Fluent中動網(wǎng)格負(fù)體積成因分析與解決辦法——以圓柱俯仰震蕩為例
有不少同學(xué)在使用Fluent中的動網(wǎng)格功能時，在網(wǎng)格變形過程中遇到了負(fù)體積的問題，這里以一個二維圓柱振蕩的例子來解釋負(fù)體積原因，并給出解決的辦法。
1、實(shí)例介紹
一個直徑為D=0.5m的二維圓柱實(shí)現(xiàn)上下振蕩，振蕩的運(yùn)動規(guī)律下式所示
其中振蕩的幅值為0.5D，f為振蕩頻率，f=5Hz
首先建立網(wǎng)格，之后我們使用Fluent中的動網(wǎng)格功能來實(shí)現(xiàn)這一實(shí)例。
2、 網(wǎng)格生成
為了方便顯示網(wǎng)格變形過程中的負(fù)體積情況，這里建立一個很粗糙的網(wǎng)格（如圖 1所示），第一層網(wǎng)格高度比較大，這樣比較方便看到變形中的負(fù)體積情況，當(dāng)然，本文的目的就是如此，請各位搞學(xué)術(shù)的同學(xué)要認(rèn)真處理自己的模型。
圖1 建立的圓柱網(wǎng)格
3、編寫運(yùn)動程序
這個振蕩的程序很簡單，用UDF來控制運(yùn)動的速度即可，編寫的程序如圖 2所示。
圖2 控制程序
4、動網(wǎng)格及動區(qū)域設(shè)置
這里使用Fluent19.2版本進(jìn)行演示，由于老版本在動網(wǎng)格部分的設(shè)置有所改變，因此以下將簡單那介紹Fluent 15.0版本的操作過程。
由于我們的主要目的是看負(fù)體積的過程及原因，這里已經(jīng)complied好了UDF，并將中間的圓柱設(shè)置為rigidbody來實(shí)現(xiàn)上下的振蕩。
動網(wǎng)格Dynamic mesh methods我們先試用Smoothing中的彈簧光順Spring來進(jìn)行，這在Fluent中算是一類很經(jīng)典的很常用的方法啦。動網(wǎng)格的默認(rèn)設(shè)置如圖 3所示，默認(rèn)的，不進(jìn)行改變，注意這里面的Elements中有三個選項(xiàng)，默認(rèn)是“All”，意味著彈簧變形對于所有類型的網(wǎng)格單元（二維：三角形、四邊形；三維：四面體、六面體）都打開了，當(dāng)然，你也可以改變。
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