Fluent收斂曲線
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
Fluent收斂曲線的視頻教程
Fluent 軸流風(fēng)扇性能曲線CFD分析
?應(yīng)用 Ansys Fluent 進(jìn)行軸流風(fēng)扇的性能曲線CFD計(jì)算。講解了幾何處理，在Workbench下制作網(wǎng)格，并導(dǎo)入到Fluent 進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)分析，繪制出風(fēng)扇特性曲線。
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基于Fluent的無(wú)人機(jī)用涵道風(fēng)扇性能/P-Q曲線仿真
課程分為兩個(gè)章節(jié)： 第一章節(jié)，主要介紹了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械分析的一般性方法。 包括幾何前處理部分、網(wǎng)格劃分部分、和求解部分。 第二章節(jié)，主要以無(wú)人機(jī)常用的涵道風(fēng)扇為例，進(jìn)行的分析設(shè)置。 由于無(wú)人機(jī)的涵道風(fēng)扇與工業(yè)上經(jīng)常用的軸流風(fēng)扇在分析上并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，故課程重點(diǎn)介紹了兩者在幾何前處理方面不同的內(nèi)容。
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fluent中監(jiān)測(cè)在一張圖顯示多個(gè)曲線
學(xué)習(xí)fluent中監(jiān)測(cè)時(shí)，在一張圖上顯示多個(gè)曲線
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Fluent收斂曲線的實(shí)例教程
continuity不收斂的問(wèn)題
（1）連續(xù)性方程不收斂是怎么回事？
在計(jì)算過(guò)程中其它指數(shù)都收斂了，就continuity不收斂是怎么回事。
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(chǎng)耦合項(xiàng)被過(guò)渡簡(jiǎn)化，使得壓力修正方程不能準(zhǔn)確反映流場(chǎng)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(huì)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(jí)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。可
以點(diǎn)report，打開(kāi)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(gè)收斂的快并不能說(shuō)明你的計(jì)算就一定正確，還要看動(dòng)量
方程的迭代計(jì)算。
展開(kāi) 進(jìn)行非線性分析時(shí)，收斂性是大家非常關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。在Ansys workbench中，可以通過(guò)Details of “Solution Information”中選擇“Solution Output=Force Convergence”來(lái)查看收斂情況，其中，最直觀的莫過(guò)于力收斂曲線了。
Solution Output選項(xiàng)
力收斂曲線如下圖所示:
力收斂曲線圖
判斷收斂的方法很簡(jiǎn)單，只要“計(jì)算的力收斂曲線”落在“力收斂準(zhǔn)則”曲線之下，就表示該載荷步或子步收斂了。
該模型中有兩個(gè)載荷步，分析設(shè)置中時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為“Program Contrlled”.
除了看上述的力收斂曲線圖，我們可以設(shè)置“Solution Output= Solve Output”查看計(jì)算輸出信息，從其中可以更詳細(xì)地看到收斂情況。
可以將計(jì)算輸出的信息與力收斂曲線圖對(duì)比起來(lái)看，就更容易理解力收斂圖了。
第1個(gè)載荷步中，第1個(gè)分析子步經(jīng)過(guò)了15次迭代收斂（圖中每個(gè)圓點(diǎn)代表一次迭代）。
經(jīng)過(guò)4個(gè)分析子步，第1個(gè)載荷步完成加載并收斂。第2個(gè)載荷步程序自動(dòng)設(shè)置的信息如下：
初始子步數(shù)量為5，載荷步的分析時(shí)間為1s，因此初始的時(shí)間步長(zhǎng)為0.2s。
第2個(gè)載荷步的第1個(gè)分析子步，經(jīng)過(guò)25次計(jì)算迭代后，還不收斂。程序進(jìn)行自動(dòng)二分，將時(shí)間步長(zhǎng)除以2，變?yōu)?.1s。
自動(dòng)二分是一種用于解決非線性分析過(guò)程中收斂困難的策略。當(dāng)收斂失敗發(fā)生在某個(gè)子步中，程序會(huì)自動(dòng)減小時(shí)間步長(zhǎng)，通常是前一個(gè)步長(zhǎng)的一半左右。然后，程序會(huì)從前一個(gè)成功收斂的時(shí)間子步繼續(xù)求解。如果再次遇到收斂失敗，程序會(huì)繼續(xù)減小時(shí)間步長(zhǎng)并繼續(xù)求解，直到達(dá)到收斂或達(dá)到指定的最小時(shí)間步長(zhǎng)值。這種方法有助于逐步逼近正確解，并確保分析的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
展開(kāi) 3.三種判斷收斂的方法：（1）殘差達(dá)到一個(gè)可以接受的程度：默認(rèn)出了能量是10^-6以外，其余的全是10^-3。
（2）求解值不再隨迭代發(fā)生改變：有時(shí)候，殘差還在下降，但是某些監(jiān)視的流動(dòng)變量不再發(fā)生變化即可。
（3）系統(tǒng)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量達(dá)到平衡：利用flux report實(shí)現(xiàn)，要求凈不平衡量小于0.2%。
4.創(chuàng)建一對(duì)周期性邊界的的方法：（1）在命令框中按回車，得到命令提示符>
（2）輸入mesh/modify-zones/make-periodic,再根據(jù)提示選擇相應(yīng)的面。
5.outflow邊界條件不需要給定任何入口的物理?xiàng)l件，但是應(yīng)用也會(huì)有限制，大致為以下四點(diǎn)：
1.只能用于不可壓縮流動(dòng)
2.出口處流動(dòng)充分發(fā)展
3.不能與任何壓力邊界條件搭配使用（壓力入口、壓力出口）
4.不能用于計(jì)算流量分配問(wèn)題（比如有多個(gè)出口的問(wèn)題）
6.在壓力出口中，會(huì)要求輸入相應(yīng)的backflow turbulent intensity等值，這些值只有在迭代時(shí)產(chǎn)生返流的時(shí)候才會(huì)使用，
通常設(shè)置成一個(gè)合理的值。算例14中，設(shè)置為intensity 10%，diameter hydraulic按實(shí)際模型數(shù)值。
7.后處理的時(shí)候，顯示速度矢量圖的時(shí)候，箭頭的長(zhǎng)度可以不按速度的大小給出，而僅由箭頭的顏色決定，具體的操作:
Vector options.勾選Fixed Length
8.波爾茲曼數(shù)能表征傳熱中對(duì)流傳熱和輻射傳熱所占的比例，具體的表達(dá)式在第14個(gè)例子的最后。
展開(kāi) Fluent迭代計(jì)算流程</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 計(jì)算流程</strong></p><p><br></p><p>在講述收斂之前，我們先了解一下Fluent是如何進(jìn)行迭代求解的。</p><p>在建模劃分網(wǎng)格后，通過(guò)一系列設(shè)置，單擊Calculation，Fluent開(kāi)始計(jì)算，其流程如下：</p><ol><li>根據(jù)初始化值，假設(shè)流場(chǎng)物理量初值為Q0</li><li>在初值基礎(chǔ)上，根據(jù)守恒方程，對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，得出新的流場(chǎng)物理量值Q1</li><li>比較Q0與Q1的值，|Q1-Q0|稱為絕對(duì)誤差，|Q1-Q0|/Q1為相對(duì)誤差。</li><li>若誤差小于設(shè)定值P，則達(dá)到收斂；否則，未達(dá)到收斂，取新的迭代值Q2進(jìn)行計(jì)算，重復(fù)以上步驟。</li></ol><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyicRKfutZe5xPg3lTv8ADcu3knGv8hoMiaxWXvaRicumZLAZPwOqfajkhK7zibJ9FCDYO1nYa9pkLs72Q/640?wx_fmt=png"> </p><p> </p><p> </p><p><strong>1.2 殘差的理解</strong></p><p><br></p><p>檢測(cè)的的物理量主要有速度、質(zhì)量、能量、湍流參數(shù)等，如上圖1</p><p><br></p><p>這里的誤差并不是殘差Residual，實(shí)際上殘差的計(jì)算要復(fù)雜的多，但是為了理解方便，我們可以認(rèn)為殘差等同于誤差。
展開(kāi) 抗生素是常見(jiàn)的消炎藥
如果我們將Fluent的算例比喻成正常的人體，那么出現(xiàn)的問(wèn)題（比如計(jì)算不收斂、發(fā)散等情況）就可以看作是一種病癥，需要有針對(duì)性的進(jìn)行處理。當(dāng)然，對(duì)于特定的錯(cuò)誤，產(chǎn)生問(wèn)題的原因是非常多的：比如網(wǎng)格問(wèn)題、物理模型選擇、邊界條件設(shè)定、求解設(shè)置等。每個(gè)案例情況不一樣，解決的方法也各不相同，大多數(shù)情況都需要“窄譜抗生素”來(lái)進(jìn)行具體問(wèn)題的具體分析。
Fluent案例的“病”，通常會(huì)表現(xiàn)為“計(jì)算不收斂”這一癥狀
顯然，解決這些個(gè)性化的問(wèn)題，需要工程師具備有相當(dāng)豐富的軟件操作能力和行業(yè)使用經(jīng)驗(yàn)，才能夠順利完成任務(wù)，這些并不是在短時(shí)間內(nèi)能夠快速掌握的技巧。因此，本文嘗試推薦一種“廣譜抗生素”來(lái)應(yīng)對(duì)Fluent案例常見(jiàn)的“不收斂”問(wèn)題，而且經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，這一方法對(duì)于大多數(shù)的情況還是有一定效果的。
本次局部“廣譜抗生素”的藥方就是：局部加密網(wǎng)格。
網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)可以高效加密局部網(wǎng)格
我們都知道，Fluent網(wǎng)格的要求通常要滿足兩個(gè)條件，一是效率、二是準(zhǔn)確。如果所有位置的網(wǎng)格都非常密，那么計(jì)算效率一定很低；相反，如果所有位置的網(wǎng)格都很稀疏，那么求解的準(zhǔn)確性就會(huì)收到影響。
所以，最為優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格就是：該密的位置密，該稀疏的位置稀疏。
那么哪些位置需要密的網(wǎng)格呢？?jī)蓚€(gè)位置，一是精細(xì)幾何細(xì)節(jié)的位置（曲邊、狹縫等），二是有大梯度變量的位置。除此之外的區(qū)域，都要求使用粗網(wǎng)格，從而提高計(jì)算效率。
幾何模型中的精細(xì)特征可以方便的在網(wǎng)格劃分階段進(jìn)行加密
根據(jù)“廣譜抗生素”的藥方，我們需要加密大梯度變量區(qū)域的網(wǎng)格。目前的Fluent仿真經(jīng)驗(yàn)告訴我們，有相當(dāng)一部分的仿真計(jì)算不收斂問(wèn)題，都是由于網(wǎng)格不夠密所導(dǎo)致的。
展開(kāi) 
Fluent收斂曲線的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
Fluent收斂曲線的最新內(nèi)容
ANSYS Workbench非線性分析收斂曲線解讀10個(gè)月前
進(jìn)行非線性分析時(shí)，收斂性是大家非常關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。在Ansys workbench中，可以通過(guò)Details of “Solution Information”中選擇“Solution Output=Force Convergence”來(lái)查看收斂情況，其中，最直觀的莫過(guò)于力收斂曲線了。
Solution Output選項(xiàng)
力收斂曲線如下圖所示:
力收斂曲線圖
判斷收斂的方法很簡(jiǎn)單
<p><strong>1. Fluent質(zhì)量和能量守恒</strong></p><p> </p><p><br></p><p>Fluent收斂性的判斷有時(shí)候很讓人頭疼，我們?cè)?lt;a href="http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkwMTAyNTc0Mw==&mid=2247484534&idx=1&sn=db4738de2b696dca35478b49731ddc9a
<p><strong>0. 偽瞬態(tài)作用</strong></p><p> </p><p><br></p><p>為什么要使用偽瞬態(tài)的算法？偽瞬態(tài)的作用實(shí)際上是增加收斂性的，當(dāng)你的穩(wěn)態(tài)計(jì)算收斂性不好時(shí)，可以將穩(wěn)態(tài)計(jì)算更改為偽瞬態(tài)計(jì)算，收斂性會(huì)增強(qiáng)。</p><p><br></p><p>當(dāng)然還可以通過(guò)前面所說(shuō)的降低松弛因子的方式來(lái)增強(qiáng)收斂性。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn
<p><strong>1. Fluent迭代計(jì)算流程</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 計(jì)算流程</strong></p><p><br></p><p>在講述收斂之前，我們先了解一下Fluent是如何進(jìn)行迭代求解的。</p><p>在建模劃分網(wǎng)格后，通過(guò)一系列設(shè)置，單擊Calculation，F(xiàn)luent開(kāi)始計(jì)算，其流程如下：</p><ol><li>根據(jù)初始化值，假設(shè)流場(chǎng)物理量初值為
fluent模擬相變材料的問(wèn)題，初始化的時(shí)候出現(xiàn)警告，后續(xù)計(jì)算一直不收斂
對(duì)于成熟的Fluent案例，出現(xiàn)計(jì)算不收斂的情況是非常正常的，此時(shí)，有針對(duì)性的加密大梯度變量區(qū)域的網(wǎng)格，能夠有效減少數(shù)值振蕩，從而加速收斂。可以認(rèn)為是一劑非常可靠的“廣譜抗生素”。
廣譜抗生素是常見(jiàn)的消炎藥，如阿奇霉素、頭孢等。當(dāng)感染是由多種細(xì)菌引起的，或者不清楚是哪種細(xì)菌引起的時(shí)候，就會(huì)考慮盡量用廣譜的抗生素，因?yàn)槟軌蚋采w更多可能的病原。
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從噴水器和真空系統(tǒng)到燃?xì)庠詈桶茨υ「祝俚交推骱腿加蛧娚湎到y(tǒng)，噴嘴在許多工程應(yīng)用中都很常見(jiàn)。噴嘴是具有不同橫截面積的幾何結(jié)構(gòu)，其目的是控制流經(jīng)噴嘴流體的特性。它們通常用于改變（增加）流體流動(dòng)的速度。噴嘴的核心是質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒。
對(duì)于密度恒定的不可壓縮流
廣譜抗生素是常見(jiàn)的消炎藥，如阿奇霉素、頭孢等。當(dāng)感染是由多種細(xì)菌引起的，或者不清楚是哪種細(xì)菌引起的時(shí)候，就會(huì)考慮盡量用廣譜的抗生素，因?yàn)槟軌蚋采w更多可能的病原。
與之對(duì)應(yīng)的就是“窄譜抗生素”，它是專門殺滅某一種或一類細(xì)菌的藥物；當(dāng)然，此類藥物的應(yīng)用場(chǎng)景就比較小了，我們通常需要對(duì)感染部位進(jìn)行一系列的細(xì)菌培養(yǎng)，才能確定細(xì)菌的種類，再對(duì)癥下藥。
抗生素是常見(jiàn)的消炎藥
廣譜抗生素是常見(jiàn)的消炎藥，如阿奇霉素、頭孢等。當(dāng)感染是由多種細(xì)菌引起的，或者不清楚是哪種細(xì)菌引起的時(shí)候，就會(huì)考慮盡量用廣譜的抗生素，因?yàn)槟軌蚋采w更多可能的病原。
與之對(duì)應(yīng)的就是“窄譜抗生素”，它是專門殺滅某一種或一類細(xì)菌的藥物；當(dāng)然，此類藥物的應(yīng)用場(chǎng)景就比較小了，我們通常需要對(duì)感染部位進(jìn)行一系列的細(xì)菌培養(yǎng)，才能確定細(xì)菌的種類，再對(duì)癥下藥
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(shí)，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(gè)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(gè)判據(jù)都已經(jīng)滿足了
