一文说清楚Fluent常见的出错问题及解决办法

Fluent计算收敛情况总是相似的，但是发散情况却各有各的不同。有时候与其纠结怎么样才会收敛，不如了解一下如果出现了不收敛的情况应该怎么办。

下面介绍的几种情况，很多时候并不是发散了，只是计算过程中经常出现的问题，很多同学遇到这些问题就不知道该怎么办了，不知道可不可以继续计算下去，如果继续计算下去结果是否正确？这篇文章给大家详细介绍一下。

注：本文是前几篇文章的总结，内容上完全相同，只是整合在一起。

问题1：出口回流

2.1 出口回流介绍

控制台出现文本：Reversed flow on 16 faces (4.1% area) of pressure-outlet 3.

出口回流是经常会出现的情况，所谓出口回流，是指模型的出口本来应该是流体流出的，但是由于某些原因，反而有流体从模型出口流入计算域。这显然和显现实情况不符。

出现出口回流的情况一般有三种：分别是计算初期出现回流、物理模型不合理、计算发散

2.2 计算初期出现回流

刚开始进行计算，只计算几十步，这种情况出现回流是正常的，只要继续计算下去，这种现象就会消失了。

2.3 物理模型不合理

如果建模有问题也可能出现这种情况，这种情况即使是一直计算下去，回流现象还是没有消失，一般是因为物理模型的问题，比如卡门涡街的尾流区太短，在出口处仍然还有涡流存在，那么出口出现回流就是正常的现象。

此时想要解决这个问题，需要修改物理模型，如增加尾流区的长度等。

2.4 计算发散

最后一种情况就是确实发散了，计算过程中流场的速度波动太大。

此时只能逐个检查设置问题，最常见的原因如边界条件设置不合理、模型网格质量较差、数学模型选择不合适等。

对于发散，可以参考下面一些常见的排查步骤和解决方法：

3.1检查初始条件和边界条件

确保所有初始条件和边界条件设置合理。例如，速度、压力、温度等数值在物理上应该是合理的。如果这些条件设置得过大或过小，可能会导致计算过程中的不稳定性。

尝试使用更接近实际情况的初始条件，或者用简单的初始条件开始计算，如零初始场或较为平滑的条件。

3.2 改进网格质量

检查网格的质量，尤其是网格的体积、扭曲度、最小单元大小等参数。网格质量差可能会导致计算中产生数值不稳定。

3.3 调整计算设置

如果进行瞬态计算，尝试减少时间步长，使得计算更稳定。在瞬态计算中增加每个时间步的迭代次数，以确保每个时间步都能充分收敛。

对于稳态计算，降低松弛因子来减缓计算的发散。

3.4 验证物性参数

检查并确保物性参数（如密度、粘度、导热系数等）设置合理且符合物理意义。特别是在多相流或高温高压环境中，物性参数的变化可能导致计算不稳定。

3.5 更改求解器设置

如果使用双精度求解器收敛性比较差，可以切换为单精度求解器。同样地，如果使用单精度求解器收敛性比较差，可以切换为双精度求解器。一般来说，双精度求解器通常可以提高计算精度，减少数值误差。

也可以尝试改变压力-速度耦合算法（如SIMPLE, PISO, Coupled等）来测试不同算法的稳定性。

3.6 逐步简化问题

通过简化模型，如去除物理模型、简化几何结构、减少求解的物理量来尝试是否可以增强收敛

比如，仅求解流动场，忽略热或质量传递，看看是否还会出现问题。也就是我们经常说的只计算部分方程来增强收敛性。

3.7 检查UDF

如果我们使用了UDF，出现了发散的问题，可以尝试去掉UDF，看看是否还会出现发散。如果发散消失了，那就说明是UDF的问题，需要检查UDF的代码。

问题2：湍流粘度比超限

当文本控制台出现：turbulent viscosity limited to viscosity ratio of 1.000000e+05 in 157607 cells，则表明湍流粘度比超限。

1.1 湍流粘度比超限的理解

所谓湍流粘度比超限，其实就是指湍流粘度达到了Fluent内部设置的最大值，在Fluent内部设置粘度比最大为1.0×10⁵。

如果计算过程中湍流粘度比超过这个值，就会被限制在这个值，同时会出现信息提示。

比如上面的提示就是在计算区域的157,607个网格，湍流粘度比超过了1.0×10⁵的限制。此时的湍流流体一定是有问题的

既然只是值过大，那么有没有可能实际上的值就是如此呢？？也就是说实际值就是这样，并没有计算发散。只能说微乎其微，这里的限制值已经是非常大的值了，已经大到离谱了。

打个比方，Fluent中的温度限制为1K-5000K，物理学中有没有低于1K，高于5000K的情况呢？肯定有，但是情况非常极端，或者说如果真的在这个温度范围外，Fluent来模拟已经不适用了。

1.2 计算初期出现

和出口出现回流一样，在计算初期出现湍流粘度比超限是正常的情况，一般继续计算下去就会消失，不需要采取措施

1.3 计算发散

如果是计算中期出现这个问题，那一般是计算发散了。可以从下面几个方面检查：

网格质量问题：网格质量差可能导致湍流模型计算不准确，从而产生异常高的湍流粘度比。优化网格质量，尤其是在边界层附近。

边界条件设置不当：错误的边界条件设置可能导致计算域内出现不切实际的流动情况，从而引发湍流粘度比超限。

求解器设置问题：在某些情况下，使用分离式求解器可能会导致湍流参数计算错误，可以尝试使用耦合式求解器。

模型选择不当：对于某些复杂的流动情况，可能需要使用更高级的湍流模型，如RSM（雷诺应力模型），而不是标准的k-epsilon或k-omega模型。

问题3：温度、压力超出范围

除了湍流粘度比超限外，文本控制框还可能出现温度超限：temperature limited to 5.000000e+03 in 159201 cells on zone 4

和湍流粘度比超限的原因一样，Fluent内部对温度、压力、湍动能、湍动能耗散率等都有个范围限制，如果超出这个范围，就会有信息提示。

在Solution Controls下面的Limits界面会显示这些物理量的限制值，也可以对这些值进行更改

1.1 浮点溢出介绍

浮点溢出是最常见的不收敛情况，此时文本控制栏会出现下面的文本：Error: floating point exception。

最后Fluent会直接停止计算，不要有任何的侥幸心理，你这次的计算是彻底的发散了，发散到Fluent都觉得没有计算下去的必要了。

1.2 为什么会出现浮点溢出？

实际上Floating point exception是一个计算机术语，指的是在执行浮点数运算时发生的错误。浮点异常通常包括以下几种情况：

a. 除以零：尝试除以零的操作会引发浮点异常。在数学上，除以零是未定义的，因此计算机在执行这样的操作时会报错。

b. 溢出：当计算的结果超出了浮点数能够表示的最大或最小值时，会发生溢出。double数可以表示的数字的绝对值范围大约是：-1.79E+308 ~ +1.79E+308

例如，一个非常大的数乘以它自身多次可能会导致溢出。

c. 下溢：当计算的结果非常接近于零，以至于无法在当前精度下表示时，会发生下溢。在这种情况下，结果可能会被设置为零。

d. 无效运算：某些运算在数学上是未定义的，比如负数的平方根，或者格式不正确的数（如NaN，即“非数字”）参与运算。

1.3 浮点溢出的解决办法

可以肯定的是出现浮点溢出一定是发散了，而且只能重新计算，不能在原来基础上继续计算。实际上，在原来的基础上你点计算也算不了。

实际上Fluent计算过程出现浮点溢出的原因并不好找，只能按照发散的方式来一点点检查设置。对于发散，可以参考下面一些常见的排查步骤和解决方法：

1. 检查初始条件和边界条件

确保所有初始条件和边界条件设置合理。例如，速度、压力、温度等数值在物理上应该是合理的。如果这些条件设置得过大或过小，可能会导致计算过程中的不稳定性。

尝试使用更接近实际情况的初始条件，或者用简单的初始条件开始计算，如零初始场或较为平滑的条件。

2. 改进网格质量

检查网格的质量，尤其是网格的体积、扭曲度、最小单元大小等参数。网格质量差（如高度扭曲的网格）可能会导致计算中产生数值不稳定。

3. 调整计算设置

如果进行瞬态计算，尝试减少时间步长，使得计算更稳定。在瞬态计算中增加每个时间步的迭代次数，以确保每个时间步都能充分收敛。

对于稳态计算，降低松弛因子来减缓计算的发散。

4. 验证物性参数

检查并确保物性参数（如密度、粘度、导热系数等）设置合理且符合物理意义。特别是在多相流或高温高压环境中，物性参数的变化可能导致计算不稳定。

5. 更改求解器设置

如果使用双精度求解器收敛性比较差，可以切换为单精度求解器。同样地，如果使用单精度求解器收敛性比较差，可以切换为双精度求解器。一般来说，双精度求解器通常可以提高计算精度，减少数值误差。

也可以尝试改变压力-速度耦合算法（如SIMPLE, PISO, Coupled等）来测试不同算法的稳定性。

6. 逐步简化问题

通过简化模型，如去除物理模型、简化几何结构、减少求解的物理量来尝试是否可以增强收敛

比如，仅求解流动场，忽略热或质量传递，看看是否还会出现问题。也就是我们经常说的只计算部分方程来增强收敛性。

7. 检查UDF

如果我们使用了UDF，出现了浮点溢出的问题，可以尝试去掉UDF，看看是否还会出现浮点溢出。如果浮点溢出消失了，那就说明是UDF的问题，需要检查UDF的代码。

要注意，上面的解决办法是出现发散的一般排除步骤，并不只针对浮点溢出问题。

问题5：Stabilizing temperature to enhance linear solver robustness.

文本控制栏还可能出现下面的文本

Stabilizing temperature to enhance linear solver robustness.

Stabilizing pressure using GMRES to enhance linear solver robustness.

这种文本通常还可能和浮点溢出floating point exception同时出现。

当只出现这种本文时，一般都是收敛性不够好的时候或者计算初期。可以先不必理会，先继续计算下去，观察这种情况是否就会消失。

如果一直存在这个问题，还说明收敛性不够好，但还没有达到彻底发散的地步。此时需要更改一些计算设置来增强收敛性。最常见的一些方式，如：减少时间步长、降低松弛因子等

出现文本The f1 process could not be started，不要怀疑，你肯定做了非常过分的事情，直接让Fluent罢工了。

这里的罢工和浮点溢出不一样，浮点溢出是发散了，你还可以操作Fluent重新计算。这里是Fluent软件崩溃了，只能关闭Fluent后重新启动，你之前的cas和dat也无法保存。

类似于，浮点溢出是情侣闹矛盾了，而The f1 process could not be started是直接分手了，而且一声招呼都不打就消失了。

我所遇到的出现这个问题，一般有四种情况：

2.1 网络变化导致

比如在联网的情况下打开Fluent的cas后，某个时间点，网络断掉或者发生其他变化，可能会出现这个问题。

因此我们计算的时候，要保持网络连接的稳定，很多同学喜欢长时间计算时，直接断网。

2.2 电脑睡眠导致

如果我们打开Fluent，想让它一直计算，但由于长时间没有操作电脑，电脑睡眠了，那么此时Fluent可能会出现The f1 process could not be started.

解决办法很简单，就是不让电脑进行睡眠状态。具体方法如下：

控制面板--系统和安全

使计算机进入睡眠状态改为：从不

2.3 Fluent内存分配问题

如果使用了UDF，并且在UDF中使用了UDM(用户自定义内存)，而在Fluent中没有对UDM进行设置，那么调用UDF时就会出现The f1 process could not be started.

比如在UDF中使用了5个UDM，而在Fluent界面只分配了4个UDM内存，此时编译UDF不会有任何的错误提示，但只要一使用这个UDF，就会直接崩溃。

因此Fluent界面中的UDM数量要大于等于UDF中使用的UDM个数。

2.4 UDF数据结构问题

还是UDF的问题，我们都知道如果在UDF中写错了代码，在Fluent编译时会出现错误提示，以便我们检查UDF代码。

但是如果UDF涉及到数据结构的问题，即使代码有问题，Fluent也不会进行任何的提示，而是编译完全通过。但是只要你一使用这个UDF（如初始化UDF，点击初始化后），Fluent就会立刻崩溃掉，并出现The f1 process could not be started。

什么算是数据结构问题？？

比如对于多相流问题，DEFINE_ADJUST(name,d)宏中的d返回的是混合计算域，你现在想要获取主相的体积分数，使用C_VOF宏，C_VOF(c,t)宏中的参数t应该是主相的t，但是如果你使用d来获取t，获取到的是混合计算域的t。而混合相是没有体积分数的概念的，那么数据结构就产生了问题，软件会崩溃掉。

麻烦之处就在于整个代码没有任何的问题，Fluent也无法识别哪里出现了错误，但是就是不能使用。

如何解决呢？？只能自己慢慢理解UDF的数据结构，尤其涉及到多相流和多组分问题时，很容易出现这样的错误