[转载]FLUENT中求解方法的区别与选择
1．非耦合求解&(
Segregated );2．耦合隐式求解&(
Coupled Implicit );3．耦合显式求解&(
Coupled Explicit )
非耦合求解方法主要用于不可压缩或压缩性不强的流体流动。耦合求解则可以用在高速可压缩流动。FLUENT默认设置是非耦合求解，但对于高速可压流动，有强的体积力（浮力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法，可以耦合求解能量和动量方程，能比较快地得到收敛解。缺点是需要的内存比较大（是非耦合求解迭代时间的1.5-2倍）。如果必须要耦合求解，但是你的机器内存不够，这时候可以考虑用耦合显式解法器求解问题。该解法器也耦合了动量，能量及组分方程，但内存却比隐式求解方法小。缺点是收敛时间比较长。
这里需要指出的是非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。耦合解法器没有的模型包括：多相流模型，混合分数/PDF燃烧模型，预混燃烧模型，污染物生成模型，相变模型，Rosseland辐射模型，确定质量流率的周期性流动模型及周期性换热模型等。
隐式( Implicit
)：对于给定变量，单元内的未知值用邻近单元的已知和未知值计算得出。因此，每一个未知值会在不止一个方程中出现，这些方程必须同时解来给出未知量。
显式( Explicit
)：对于给定变量，每一个单元内的未知量用只包含已知量的关系式计算得到。因此未知量只在一个方程中出现，而且每一个单元内的未知量的方程只需解一次就可以给出未知量的值。
一阶迎风格式( First Order Upwind
)：当需要一阶精度时，我们假定描述单元内变量平均值的单元中心变量就是整个单元内各个变量的值，而且单元表面的量等于单元内的量。因此，当选择一阶迎风格式时，表面值被设定等于迎风单元的单元中心值。
二阶迎风格式( Second Order Upwind
)：当需要二阶精度时，使用多维线性重建方法来计算单元表面处的值。在这种方法中，通过单元中心解在单元中心处的泰勒展开来实现单元表面的二阶精度值。因此，当使用二阶迎风格式时，用下面的方程来计算表面值；
QUICK格式：对于四边形和六面体网格，我们可以确定它们唯一的上游和下游表面以及单元。FLUENT还提供了计算对流变量在表面处高阶值的QUICK格式。QUICK类型的格式是通过变量的二阶迎风与中心插值加上适当的权因子得到的；
亚松驰( Under-Relaxation
)：由于FLUENT所解方程组的非线性，我们有必要控制的变化。一般用亚松驰方法来实现控制，该方法在每一部迭代中减少了f的变化量。亚松驰最简单的形式为：单元内变量f等于原来的值f_old加上亚松驰因子a与f变化的积.
SIMPLE：SIMPLE算法使用压力和速度之间的相互校正关系来强制质量守恒并获取压力场。
一阶与二阶的比较
当流动和网格成一条线时（如：矩形网格或者六面体网格模拟矩形导管的层流流动），可以使用一阶迎风离散格式。但是，当流动和网格不在一条线上时（即：流动斜穿网格线）一阶对流离散增加了对流离散的误差（数值耗散）。对于三角形和四面体网格，流动从来就不会和网格成一条线，此时一般要使用二阶离散来获取更高精度的结果。对于四边形或者六面体网格，如果使用二阶离散格式，尤其是对于复杂流动来说，你可以获取更好的结果。
总而言之，一阶离散一般会比二阶离散收敛得好，但是精度要差，尤其是对于三角形或者四面体网格精度更差。
对于大多数情况，你可以在计算的开始使用二阶格式。对于有些情况，你应该以一阶离散开始计算，在进行了初步迭代之后再转到二阶格式。例如，如果你解高马赫数流动问题，初始解科所预期的解相差较大，你就应该先用一阶格式迭代几步然后打开二阶格式继续计算直至收敛。
对于与网格成一条线的简单流动（如：划分为矩形网格或者六面体网格的矩形导管的层流流动），数值耗散自然会很低，所以一般使用一阶格式替代二阶格式而不损失精度。
最后，如果你使用二阶格式遇到收敛性问题，你就应该尝试使用一阶格式。
选择压力插值格式
如压力插值格式所述，当使用分离求解器时我们可以采用很多压力插值格式。对于大多数情况，标准格式已经足够了，但是对于特定的某些模型使用其它格式可能会更好：
l&&&&&&&&&对于具有较大体积力的问题，推荐使用体积力加权格式。
l&&&&&&&&&对于具有高涡流数，高Rayleigh数自然对流，高速旋转流动，包含多孔介质的流动和高度扭曲区域的流动，使用PRESTO!格式。
注意：PRESTO！只能用于四边形或者六面体网格。
l&&&&&&&&&对于可压流动推荐使用二阶格式。
当其它格式不适用时，使用二阶格式来提高精度（如：对于流过具有非六面体或者非四边形网格的曲面边界的流动。）
选择压力速度耦合方法
在分离求解器中，FLUENT提供了压力速度耦合的三种方法：SIMPLE，SIMPLEC以及PISO。定常状态计算一般使用SIMPLE或者SIMPLEC方法，对于过渡计算推荐使用PISO方法。PISO方法还可以用于高度倾斜网格的定常状态计算和过渡计算。需要注意的是压力速度耦合只用于分离求解器，对于耦合求解器你不可以使用它。
SIMPLE与SIMPLEC比较
在FLUENT中，可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法，默认是SIMPLE算法，但是对于许多问题如果使用SIMPLEC可能会得到更好的结果，尤其是可以应用增加的亚松驰迭代时，具体介绍如下：
对于相对简单的问题（如：没有附加模型激活的层流流动），其收敛性已经被压力速度耦合所限制，你通常可以用SIMPLEC算法很快得到收敛解。在SIMPLEC中，压力校正亚松驰因子通常设为1.0，它有助于收敛。但是，在有些问题中，将压力校正松弛因子增加到1.0可能会导致不稳定。对于这种情况，你需要使用更为保守的亚松驰或者使用SIMPLE算法。对于包含湍流和/或附加物理模型的复杂流动，只要用压力速度耦合做限制，SIMPLEC会提高收敛性。它通常是一种限制收敛性的附加模拟参数，在这种情况下，SIMPLE和SIMPLEC会给出相似的收敛速度。
设定亚松驰因子
&&&&分离求解器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。这就意味着，使用分离求解器解的方程，包括耦合求解器所解的非耦合方程（湍流和其他标量）都会有一个相关的亚松驰因子。
在FLUENT中，所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题，但是对于一些特殊的非线性问题（如：某些湍流或者高Rayleigh数自然对流问题），在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。
使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过4到5步的迭代残差仍然增长，你就需要减小亚松驰因子。有时候，如果发现残差开始增加，你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件，并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是，亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加，但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。
对于大多数流动，不需要修改默认亚松弛因子。但是，如果出现不稳定或者发散你就需要减小默认的亚松弛因子了，其中压力、动量、k和e的亚松弛因子默认值分别为0.2，0.5，
0.5和0.5。对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问题中，如相当高的Rayleigh数的自然或混合对流流动，应该对温度和/或密度（所用的亚松弛因子小于1.0）进行亚松弛。相反，当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时，流动密度是常数，温度的亚松弛因子可以设为1.0。
对于其它的标量方程，如漩涡，组分，PDF变量，对于某些问题默认的亚松弛可能过大，尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为0.8以使得收敛更容易。
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中国工程热物理学会 传热传质学
学术会议论文 编号:123341松弛迭代实施方法对收敛的影响
1,2 3 3 3 1*
刘豫龙 ,龚金海 ,刘德绪 ,莫琼 ,徐明海
(1. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛经济技术开发区 266555,徐明海,
,minghai@ )
(2. 胜利石油管理局胜利发电厂,山东东营 2570872)
3. 中原石油勘探局勘察设计研究院,河南省濮阳市中原路332 号 457001
摘要: 本文通过导热、方腔自然对流和管内入口段对流换热三个算例说明了两种松弛实施技巧对离
散方程收敛性的影响,结果表明把松弛融合到离散方程中的实施方法在亚松弛的情况下,大大降低了
收敛的速度,在超松弛的情况下可以加速收敛,存在最佳松弛因子,超过最佳松弛因子不但不能加速
收敛,还会导致迭代过程振荡或发散。而先解离散方程后松弛处理的方法在松弛因子的有效变化范围
内,也存在最佳松弛因子,但迭代次数与松弛因子变化不太敏感,且最佳松弛因子较前一种方法稍大
些。亚松弛的情况下应采用后松弛而超松弛时应采用先松弛后解方程组的实施方法。一维稳态导热的
算例表明,松弛因子为0.2 时后松弛所用的迭代次数不到先松弛迭代次数的六分之一,而方腔自然对
流换热问题计算需要的时间在小松弛因子的条件下差别可达25 倍, 管内对流换热相差更大。 松弛因子
接近于1 时两种方法的迭代次数趋于相同,而超松弛时先松弛所用的迭代次数小于后松弛,达到最佳
松弛因子效果最好。
关 键词: 对流扩散方程;松弛迭代;收敛性
流体流动与传热的控制方程可用对流扩散方程统一描述, 通过改变扩散系数、 源项
和密度的实际代表意义, 可以表述不同的实际对流扩散过程。 对流扩散方程由于其非线
性和各变量耦合特点, 一般采用迭代
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30FLUENT不收敛的解决方法
利用FLUENT不收敛通常怎么解决？①、一般首先；⑤、A.检查是否哪里设定有误：比方用mm的uni；⑥、解决的办法是设几个监测点，比如出流或参数变化；⑦、调节松弛因子也能影响收敛，不过代价是收敛速度；亚松弛因子对收敛的影响；所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差；FLUENT中的亚松驰：由于FLUENT所解方程；分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代
利用FLUENT不收敛通常怎么解决？ ①、一般首先是改变初值，尝试不同的初始化，事实上好像初始化很关键，对于收敛。 ②、FLUENT的收敛最基础的是网格的质量，计算的时候看怎样选择CFL数，这个靠经验 ③、首先查找网格问题，如果问题复杂比如多相流问题，与模型、边界、初始条件都有关系。 ④、有时初始条件和边界条件严重影响收敛性，曾经作过一个计算反反复复，通过修改网格，重新定义初始条件，包括具体的选择的模型， 还有老师经常用的方法就是看看哪个因素不收敛，然后寻找和它有关的条件，改变相应参数。就收敛了⑤、A.检查是否哪里设定有误：比方用mm的unit建构的mesh，忘了scale；比方给定的边界条件不合理。B从算至发散前几步，看presure分布，看不出来的话，再算几步, 看看问题大概出在那个区域。 C网格，配合第二点作修正，就重建个更漂亮的，或是更粗略的来处理。D再找不出来的话，换个solver。⑥、解决的办法是设几个监测点，比如出流或参数变化较大的地方，若这些地方的参数变化很小，就可以认为是收敛了，尽管此时残值曲线还没有降下来。⑦、调节松弛因子也能影响收敛，不过代价是收敛速度。亚松弛因子对收敛的影响所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减，以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时，为松驰因子（Relaxation Factors）。《数值传热学-214》FLUENT中的亚松驰：由于FLUENT所解方程组的非线性，我们有必要控制变化。一般用亚松驰方法来实现控制，该方法在每一部迭代中减少了变化量。亚松驰最简单的形式为：单元内变量等于原来的值加上亚松驰因子a与变化的积：分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。这就意味着使用分离解算器解的方程，包括耦合解算器所解的非耦合方程（湍流和其他标量）都会有一个相关的亚松驰因子。在FLUENT中，所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题，但是对于一些特殊的非线性问题（如：某些湍流或者高Rayleigh数自然对流问题），在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。 使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过4到5步的迭代残差仍然增长，你就需要减小亚松驰因子。有时候，如果发现残差开始增加，你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件，并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是，亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加，但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。注意：粘性和密度的亚松驰是在每一次迭代之间的。而且，如果直接解焓方程而不是温度方程（即：对PDF计算），基于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值，你可以在解控制面板点击默认按钮。 对于大多数流动，不需要修改默认亚松弛因子。但是，如果出现不稳定或者发散你就需要减小默认的亚松弛因子了，其中压力、动量、k和e的亚松弛因子默认值分别为0.2，0.5，0.5和0.5。对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问题中，如相当高的Rayleigh数的自然或混合对流流动，应该对温度和/或密度（所用的亚松弛因子小于1.0）进行亚松弛。相反，当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时，流动密度是常数，温度的亚松弛因子可以设为1.0。对于其它的标量方程，如漩涡，组分，PDF变量，对于某些问题默认的亚更松弛可能过大，尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为0.8以使得收敛容易。⑧看了流量是否平衡在report-&flux里面操作，mass flow rate，把所有进出口都选上，compute一下，看看nut flux是什么水平，如果它的值小于总进口流量的1%，并且其他检测量在继续迭代之后不会发生波动，也可以认为你的解是收敛的。 造成连续方程高残差不收敛的原因主要有以下几点：1.网格质量，主要可能是相邻单元的尺寸大小相差较大，它们的尺寸之比最好控制在1.2以内，不能超过1.4.2.离散格式及压力速度耦合方法，如果是结构网格，建议使用高阶格式，如2阶迎风格式等，如果是非结构网格，除pressure保持standard格式不变外，其他格式改用高阶格式；压力速度耦合关系，如果使用SIMPLE，SIMPLEC，PISO等segerated solver对联系方程收敛没有提高的话，可以尝试使用coupled solver。另外，对于梯度的计算，不论使用结构或非结构网格，都可以改用node-based来提高计算精度。在FLUENT的中文帮助里，对收敛有比较详细地描述，建议去看看。收敛性可能会受到很多因素影响。大量的计算单元，过于保守的亚松驰因子和复杂的流动物理性质常常是主要的原因。有时候很难确定你是否得到了收敛阶。没有判断收敛性的普遍准则。残差定义对于一类问题是有用的，但是有时候对其它类型问题会造成误导。因此，最好的方法就是不仅用残差来判断收敛性而且还要监视诸如阻力、热传导系数等相关的积分量。在FLUENT的帮助文件里给出了下面几种典型的情况。1、如果你对流场的初始猜测很好，初始的连续性残差会很小从而导致连续性方程的标度残差很大。在这种情况下，检查未标度的残差并与适当的标度如入口的质量流速相比较是很有用的。什么是标度残差？就是选作用来标准化的残差值，一般是取第五步吧，所以，一开是残差就很小，那么，后面的残差和它一比，值也很难收敛到很小数。2、对于某些方程，如湍流量，较差的初始猜测可能会造成较高的标度因子。在这种情况下，标度的残差最开始会很小，随后会呈非线性增长，最后减小。因此，最好是从残差变化的行为来判断收敛性而不仅仅是残差的本身值来判断收敛性。你应该确认在几步迭代（比如说50步）之后残差继续减小或者仍然保持较低值，才能得出收敛的结论。另一个判断收敛性的流行方法就是要求未标度的残差减小到三阶量级。为了实现这一方法，FLUENT提供了残差标准化，有关残差标准化的信息请参阅分离求解器残差定义和耦合求解器残差定义两节。在这种方法中，要求标准化的未标度残差降到10^-3。但是这种要求在很多情况下可能是不合适的。1、如果你提供了较好的初始猜测，残差可能不会降到三阶量级。比方说，在等温流动中，如果温度的初始猜测非常接近最终值，那么能量残差根本就不会降到三阶量级。2、如果控制方程中包括的非线性源项在计算开始时是零，但是在计算过程中缓慢增加，残差是不会降到三阶量级的。例如，在封闭区域内部的自然对流问题，由于初始的均一温度猜测不会产生浮力，所以初始的动量残差可能非常接近零。在这种情况下，初始的接近零的残差就不适合作为残差的较好的标度。3、如果所感兴趣的变量在所有的地方都接近零，残差不会降到三阶量级。例如，在完全发展的管流中，截面上的速度为零。如果这些速度初始化为零，那么初始的和最终的残差都接近零，因此也就不能期待降三阶量级。在这种情况下，最好监视诸如阻力、总热传导系数等积分量来判断解的收敛。检查非标准化未标度的残差来确定这个残差和适当的标度相比是不是很小也是很有用的。相反，如果初始猜测很差，初始的残差过大以至于残差下降三阶量级也不能保证收敛。这种情况对于初始猜测很难的k和e方程尤其常见。在这里，检查你所感兴趣的所有积分量就很有用了。如果解是不收敛的，你可以减少收敛公差FLUENT运行过程中，出现残差曲线震荡原因？如何解决残差震荡的问题？残差震荡对计算收敛性和计算结果有什么影响？一. 残差波动的主要原因：1、高精度格式； 2、网格太粗；3、网格质量差；4、流场本身边界复杂，流动复杂；5、模型的不恰当使用。二. 问：在进行稳态计算时候，开始残差线是一直下降的，可是到后来各种残差线都显示为波形波动，是不是不收敛阿？答：有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度（2 阶），网格太疏，网格质量太差，等都会使残差波动。经常遇到，一开始下降，然后出现波动，可以降低松弛系数，我的问题就能收敛，但如果网格质量不好，是很难的。通常，计算非结构网格，如果问题比较复杂，会出现这种情况，建议作网格时多下些功夫。理论上说，残差的震荡是数值迭代在计算域内传递遭遇障碍物反射 形成周期震荡导致的结果，与网格亚尺度雷诺数有关。例如，通常压力边界是主要的反射源，换成OUTFLOW 边界会好些。这主要根据经验判断。所以我说网格和边界条件是主要因素。三. 1、网格问题：比如流场内部存在尖点等突变，导致网格在局部质量存在问题，影响收敛。2、可以调整一下courant number，courant number实际上是指时间步长和空间步长的相对关系，系统自动减小courant数，这种情况一般出现在存在尖锐外形的计算域，当局部的流速过大或者压差过大时出错，把局部的网格加密再试一下。在fluent中，用courant number来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说，随着courant number的从小到大的变化，收敛速度逐渐加快，但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题，在计算的过程中，最好是把courant number从小开始设置，看看迭代残差的收敛情况，如果收敛速度较慢而且比较稳定的话，可以适当的增加courant number的大小，根据自己具体的问题，找出一个比较合适的courant number，让收敛速度能够足够的快，而且能够保持它的稳定性。 包含各类专业文献、外语学习资料、幼儿教育、小学教育、生活休闲娱乐、中学教育、高等教育、30FLUENT不收敛的解决方法等内容。
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