Fluent 进阶篇3：收敛二三事！

本文摘要（由AI生成）：

本文讨论了在使用FLUENT等流体仿真软件进行模拟时，如何判断计算结果是否收敛的重要标准。文章强调，即使残差、质量、能量和组分守恒等判据得到满足，也不一定能保证得到合理的收敛解。因此，建议监测关键物理量，如使用Report Definitions进行监控，并考虑计算结果是否符合物理事实。同时，残差曲线并非唯一判断标准，还需观察进出口流量差、压力系数波动等其他重要指标。对于发散问题，提出了确保问题物理合理、调整离散格式和松弛因子、重新生成网格等解决方法，并强调网格自适应不能提高扭曲度大的网格质量。

引子

FLUENT中残差的概念

•在收敛时，应满足以下条件（三个判别标准）:

下面我们就介绍一下在Fluent中这三个判别标准分别是如何设置及其中的一些注意事项

（1）残差曲线监测

•使用残差历史曲线来监测收敛

•残差图显示何时达到指定收敛标准

§防止计算过早停止

（2）监测定量的收敛

② 检查全局热和质量平衡，即：净通量差值（NetResults）应该小于通过边界最小通量的1% 

具体设置如下

（3）监测关键的物理量

具体操作如下

•灵活的检测目标量的方法

•这些额外监测量是重要的收敛指标

总结：

（极其重要，来自某大神总结，源流认为极其到位特分享给大家）

特别要指出的是，即使前两个判据都已经满足了，也并不表示已经得到合理的收敛解了，因为，如果松弛因子设置得太紧（即采用较小的松弛因子），各参数在每步计算的变化都不是太大，也会使前两个判据得到满足。此时就要再看第三个判据了。

（划重点）一般我们都希望在收敛的情况下，残差越小越好，但是残差曲线是全场求平均的结果，有时其大小并不一定代表计算结果的好坏，有时即使计算的残差很大，但结果也许是好的，关键是要看计算结果是否符合物理事实，即残差的大小与模拟的物理现象本身的复杂性有关，必须从实际物理现象上看计算结果。比如说本斑最近在算的一个全机模型,在大攻角情况下,解震荡得非常厉害，而且残差的量级也总下不去,但这仍然是正确的,为什么呢,因为大攻角下实际流动情形就是这样的,不断有涡的周期性脱落,流场本身就是非定常的,所以解也是波动的,处理的时候取平均就可以了。有时候我们会认为只要所有的残差达到1e-3或者1e-4就是达到收敛了。其实这个1e-3或者1e-4的收敛标准是相对而言的。在FLUENT中残差是以开始5步的平均值为基准进行比较的。如果你的初值取得好，你的迭代会很快收敛，但是你的残差却依然很高；但是当你改变初场到比较不同的值时，你的残差开始会很大，但随后却可以很快降低到很低的水平，让你看起来心情很好。其实两种情况下流场是基本相同的。

    由此来看，判断是否收敛并不是严格根据残差的走向而定的。可以选定流场中具有特征意义的点，监测其速度，压力，温度等的变化情况。如果变化很小，符合你的要求，即可认为是收敛了。一般来说，压力的收敛相对比较慢一些的。

因此是否收敛不能简单看残差图，还有许多其他的重要标准，比如进出口流量差、压力系数波动等等。尽管残差仍然维持在较高数值，但凭其他监测也可判断是否收敛。最重要的就是是否符合物理事实或试验结论。

残差曲线是否满足只是一个表面的现象，还要看进口和出口总量差不得大于1%,而且即使这样子,收敛解也不一定准确,它和网格划分/离散化误差,以及物理模型的准确性都有关系.所以得有试验数据做对比或者理论分析了.

当然最终是否正确是要看是否与实验数据相符合！但既然有残差图的话，总应该可以大概的看出是否收敛吧？是否要残差要小到一定的程度，或者是残差不在增长，就可以一定程度上认为是收敛的.

   残差的大小不能决定是否收敛，我在用FLUENT计算时，多采用监测一个面的速度（或者是压力、紊动能等参数）基本上不随着计算时间的推移而变化，就认为基本达到收敛。

最后：发散问题的处理方法

对于一些病态问题，质量差的网格或不合适的求解设置，都可能出现数值不稳定性 

•解决方法 

§注意：网格自适应不能提高扭曲度大的网格质量 !