收敛性保证：计算收敛时应该满足条件

1.收敛性保证

计算收敛时应该满足：

1）所有离散的守恒方程（如动量、能量等）在所有的单元中满足指定的误差或者结果随计算不再改变。

2）全局的质量、动量、能量和标量达到平衡。

使用残差历史曲线来监测收敛时：

1）一般地，残差下降3个量级表示至少达到定性的收敛，流场的主要特征已经形成。

2）压力基求解器的能量残差应下降到10^-6。

3）组分残差应下降到10^-5。

如果监测到求解已经收敛，但计算结果还在改变，或还有大的质量/热量不平衡，这表示求解还未收敛。此时，用户应该减小残差标准或关闭监测残差的窗口，继续迭代，直至计算收敛。

如图2-89所示，在“Convergence Criterion”项中选择“None”，即可关闭监测残差的窗口。

图2-89 关闭监测残差的窗口

对一些病态问题，差质量的网格或不合适的求解设置，都可能出现数值不稳定性。一般表现为残差曲线上扬（发散）或不下降，如图2-90所示。

图2-90 残差曲线上扬

发散意味着守恒方程的不平衡增加，没收敛的结果会误导使用者。

解决方法包括：

确保问题是物理合理的。

用一阶离散格式计算一个初场。

对压力基求解器，减少发散方程的松弛因子。松弛因子选项如图2-91所示。

图2-91 松弛因子选项

对密度基求解器，减少Courant数。

重新生成网格或加密质量差的网格。

注意：网格自适应不能提高扭曲度大的网格质量。

2.Courant number的设置方法

在FLUENT软件中，用Courant number来调节计算的稳定性与收敛性。对密度基求解器，即使稳态问题，也存在瞬态项，因此需要用Courant number（库朗数）定义时间步长。对显式求解器，由于稳定性约束限制了最大库朗数，一般要求不能超过2（默认为1）；有收敛困难时减少库朗数。对隐式求解器，库朗数没有稳定性约束限制，默认值为5。一般情况下，计算初期可降低库朗数，待收敛性较好时，可放大此值，加速收敛。

一般来说，随着库朗数从小到大的变化，收敛速度逐渐加快，但是稳定性逐渐降低。在计算过程中，建议把库朗数从小开始设置，看迭代残差的收敛情况，如果收敛速度较慢而且比较稳定，可以适当增加库朗数，根据自己具体的问题找出一个比较合适的库朗数，让收敛速度能够足够快，而且能够保持它的稳定性。(www.xing528.com)

库朗数实际上是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。

3.湍流强度的设置方法

在FLUENT中设置边界条件的湍流强度I时，可依据式（2-5）计算。雷诺数越小，湍流强度越大，如雷诺数Re为50000时，湍流强度为4%，Re为5000时，湍流强度为5.8%。

I=0.16（Re）^−1/8 （2-5）

Re数计算时用的是平均速度，Re越大，说明平均速度越大，即紊流强度的分母越大，紊流强度就越小。

4.网格无关解

当加密网格，结果不再改变时，称为网格无关解。

得到网格无关解的过程一般为

1）生成一个新的、更密的网格。具体做法是：回到网格阶段，手动调整网格；或创建自适应网格，插值原结果到密网格上。FLUENT提供动态网格自适应，会根据用户定义的标准自动改变网格。

2）继续计算，直至收敛。

3）比较两次结果的解，如两次结果的差别满足要求，则视为网格无关解。

4）如有必要，重复以上过程。

5.FLUENT Journals

FLUENT可以使用journal文件以批处理方式运行。journal是包括TUI命令的文本文件。

FLUENT TUI允许命令的缩写，如

ls：列表工作目录下的文件。

rcd：读入case和data文件。

wcd：写case和data文件。

rc/wc：读/写case文件。

rd/wd：读/写data文件。

it：迭代。

批处理文件中的TUI命令可以在非交互模式下自动运行。

TUI命令file/read-bc和file/write-bc可以用来读写FLUENT中的设置到一个文件中。

下面是一段FLUENT的Journals代码。