四十三、Fluent增强收敛性-伪瞬态计算

0. 伪瞬态作用


为什么要使用伪瞬态的算法?伪瞬态的作用实际上是增加收敛性的,当你的稳态计算收敛性不好时,可以将稳态计算更改为伪瞬态计算,收敛性会增强。

当然还可以通过前面所说的降低松弛因子的方式来增强收敛性。

四十三、Fluent增强收敛性-伪瞬态计算_第1张图片


但是,伪瞬态并不是真正的瞬态,它虽然会出现时间步长这种概念,但是在每个时间步长并不收敛,而只是最终的计算结果收敛,因此当计算只考虑稳态结果时可以使用伪瞬态算法,而如果考虑某时刻的结果,则必须使用瞬态算法。

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1. 使用条件

对于稳态计算,当使用基于压力的耦合求解器coupled或基于密度的隐式求解器Implicit时,可以选择伪瞬态的方式求解计算。伪瞬态实际上是一种隐式亚松弛形式
 

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除了伪瞬态这种隐式的亚松驰因子外,还可以设置显式的亚松驰因子,即Solution Controls。所谓显式亚松驰因子即17.松弛因子的理解。

最好使用默认的亚松弛因子开始计算。除非收敛性很差,可以适当减小相应的松弛因子。

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如果选择基于压力求解器,则所有的方程都会有亚松驰因子。但如果选择基于密度求解器,只有那些被依次求解的方程式才会有亚松驰因子


2. 伪瞬态高级设置Advanced Solution Controls

Solution Controls----Advanced----Expert

除了流动方程外,所有的方程都在其中。一般不必设置这些参数,保持默认即可。

但若特殊的方程导致收敛性问题时,可对其进行设置以帮助求解。
 

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可以为每个方程设置单独的时间缩放因子Time Scale Factor,这里的Time Scale Factor会与Run Calculation界面中的Pseudo Time Step Size相乘,作为每个方程的Time Step Size。

默认设置对每个方程都进行伪瞬态设置,且时间缩放因子相同,燃烧模型除外。

对于燃烧模型,species,enthalpy和combustion variable 等方程默认伪瞬态是关闭的,只有通过Expert界面才能打开。
当使用预混、部分预混或PDF燃烧模型时,能量方程默认也是关闭的。默认UDS方程也是关闭的。

对于多相流,volume fraction equation的伪瞬态只有在以分离的方式求解时才可用。当在Solution Methods界面中勾选Coupled with Volume Fractions选项时,volume fraction equation伪瞬态不可用


3. Run Calculation界面伪瞬态设置

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3.1 Fluid Time Scale

Time Step Method:选择User-Specified,则可以输入Pseudo Time Step Size。通常,time scale size应该与流动的全局时间尺度相关,例如:

其中Global Length是模型代表性的尺寸

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Automatic:Fluent会自动计算伪时间步长,自动时间尺度计算通常比较保守,将时间尺度因子增加到3或10会提高收敛速度。降低到0.3或0.1可使收敛性更好。

Length Scale Method:微调伪时间步长大小,有两种方式:
Conservative:默认值,对于三维,使用网格体积的立方体根,对于二维,使用面积的平方根。
Aggressive:使用最大几何范围,比Conservative方式时间步长更大。


Verbosity:整数值0、1、2,默认是0,值为1将打印伪时间步长。值为2将打印有关计算的其他细节。


3.2 Solid Time Scale

只有当区域中存在固体区域,或在多孔介质模型、固化与熔融模型启用了能量方程,Solid Time Scale才会出现在界面中。

User-Specified:可以输入Pseudo Time Step Size。
Automatic:Fluent会自动计算伪时间步长



4. 多相流伪时间步长设置

a. 上述的伪时间步长设置在多相流中同样适用

b. 对于稳态问题,不应该仅基于残差来判断收敛性。为了更好地判断收敛性,还应该监视特定位置的变量,直到该值基本不变。

c. 明渠流动问题,推荐使用Coupled with Volume Fractions耦合求解

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