仿真干货丨CFD计算不收敛原因及解决方案

二、计算不能收敛原因

主要是这几个类型：

1、网格单元质量太差；

2、材料参数、边界条件的设定等组合不恰当或者违背物理规律；

3、求解方式和参数设定不合理；

单元质量太差是一个很常见的导致计算不收敛的原因，劣质的单元会导致某些敏感区域数值不稳定。

三、对于CFD计算，建议网格标准如下

1、面单元，三角形内角范围20-120度，四边形单元45-135度；

2、四面体单元，扭曲度不超过0.9，最好控制在0.85以下；

3、相邻单元之间尺寸比例不超过1.5；

4、边界层区域，注意是否满足湍流模型相对应的y+数值要求；

5、单元密度是否分布合理，在流动复杂的区域有较密集的单元。

材料参数、边界条件等涉及物理实际场景的设定，如果设定不合理，也会导致计算不收敛。因为软件中设置的情况，很有可能在现实世界不可能发生。典型例子，多相流计算中，各个副相体积比总和超过100%，导致主相体积比为负数。此时计算不收敛是正常现象，因为这个在现实中不可能出现（某种组分在混合物的比例，只可能0-100%）。此情况下即使计算收敛，结果也是非物理解，没有参考价值。

从数值计算角度，某些求解方式本身就存在数值不稳定或者难以收敛的问题。对于瞬态计算，过大的时间步长也会引起计算不收敛。

四、不收敛原因排查步骤

1、检查单元质量，保证不存在劣质单元；

2、如果问题复杂，考虑因素很多，则先采用考虑因素较少的简单模型；

3、是否收敛，随后依次添加各影响因素；

4、仔细查看各个设定，检查是否存在违反物理规律的设定；

5、修改计算格式，瞬态计算还可以减少时间步长；

6、修改松弛因子。

如果网格质量良好，迭代残差在开始后不久就向着无穷大方向上升，通常在步骤2、3中会发现问题。