1. スムーズな反復プロセス
モデリングがメッシュ化された後、一連の設定を経て [計算] をクリックすると、Fluent が計算を開始します。
（１）初期値に基づき、流れ場物理量の初期値をＱ０とする。
（２）初期値に基づいて保存方程式に従って流れ場を計算し、新たな流れ場物理量値Ｑ１を得る。
(3) Q0 と Q1 の値を比較し、|Q1-Q0| を絶対誤差、|Q1-Q0|/Q1 を相対誤差といいます。
(4) 誤差が設定値 P 未満の場合は収束しますが、それ以外の場合は収束せず、新たな反復値 Q2 を計算に使用して上記の手順を繰り返します。
2. 残差の概念
残差はユニットのすべての表面の磁束の合計であり、検出される物理量には主に速度、質量、エネルギー、乱流パラメータなどが含まれます。理論的には、ユニット内の各物理量の輸送の合計は、収束後にゼロになるはずです。残差は小さいほど良いですが、数値精度の問題により、残差を 0 にすることは不可能です。単精度計算の場合、通常、デフォルトの初期残差 1e-03 よりも低くなりますが、各項目の収束性も考慮する必要があります (たとえば、連続項目は収束しにくいが、エネルギー項目は収束しやすいなど)。過渡シミュレーションの場合、各物理量の値は常に変化するため、過渡問題は各タイム ステップで定常状態とみなされ、その残差プロットは常に波線になります。
一般に、Fluent では入口と出口の流れを監視することができ、残差が一定レベルに収束すると、入口と出口の流れが安定していてバランスがとれているかどうかを判断できます (揚力と抗力のバランスを監視する必要があります)。航空機を計算するとき)。
残差はより高いレベルで振動します。境界条件が妥当であるかどうかを確認し、次に衝撃波の流れ場などの初期条件が妥当であるかどうかを確認する必要があります。初期条件が不適切であると、流れ場が振動します。流れ場には剥離や逆流が発生する場合があり、それ自体が非定常現象であり、計算中に残留誤差がある程度変動しますが、このとき入口と出口の流れが安定したバランスに達していれば、流れ場も同様に変動する可能性があります。収束すると考えられる。また、Fluent はデフォルトでマルチグリッドを使用しますが、計算の後半でマルチグリッドを 0 に設定することで、一部の波長の残留誤差が細かいグリッド上で発振することを回避できます。
3. 残差プロットにおける連続性の意味は何ですか? そして収束が難しい理由は何ですか？
連続性は質量残差、つまり連続方程式残差であり、質量保存の具体化です。
計算過程で他のパラメータが収束しても連続性だけが収束しないのは、Fluent プログラムの解法 SIMPLE が関係している可能性があります。SIMPLEでは、連続方程式に基づいて圧力補正式を導出し、圧力を解きますが、連続方程式の流れ場の結合項目が単純化しすぎているため、圧力補正式が流れ場の変化を正確に反映できず、方程式の収束が遅くなります。 。
4. Fluent の収束判定方法
1. 残価を監視する
反復計算処理では、各物理量の残差値が収束基準に達すると計算が停止します。Fluent のデフォルトの収束基準は次のとおりです。エネルギーの残差値を除き、すべての変数の残差値が 1e-03 を下回った場合、計算は収束したとみなされ、エネルギー残差値の収束基準は 1e-03 より低くなります。 06.
2. 反復が進んでも計算結果は変化しなくなりました。
収束基準が適切に設定されていないため、反復計算の過程で物理量の残差値が必ずしも収束基準を満たさない場合があります。ただし、残差が設定値に達していなくても、当該物理量が安定していれば収束しているとみなせる場合もあります。たとえば、レポートの流束オプションで質量流量を計算して、入口と出口の間の質量流量の差を計算できます。それが 1% 未満であり、入口と出口の流量が安定している場合は、収束しているとも考えられます。
3. 系の質量、運動量、エネルギーはすべて保存されます。
[フラックス レポート] ダイアログ ボックスで、系全体に出入りする質量、運動量、エネルギーが保存されているかどうかを確認します。保存とは、計算が収束することを意味します。インバランス誤差が 0.1% 未満であれば、計算は収束しているとみなすこともできます。
5. FLUENT が収束しない 一般的な解決策
1.グリッドの品質を向上させることが最も重要な方法です。単純なモデルの場合は、構造化グリッドを使用して、可能な限り構造化することができます。物理量が急激に変化する部分については、境界層など局所的にグリッドを細分化する必要がある。(大きな勾配を持つメッシュは、アダプティブ メッシュを使用して自動的にスナップできます)。
2.クーラント番号を適切に調整します。クーラント数は実際には、時間ステップと空間ステップの間の相対関係を指します。鋭い形状の計算領域がある場合、システムは自動的にクーラント数を減らします。ただし、局所的な流量が大きすぎたり、圧力差が大きすぎたりするとエラーが発生するため、局所的なメッシュの細分化が必要になります。
Fluent では、カップリング解析中にクーラント数が表示され、計算の安定性と収束を調整するために使用できます。一般に、クーラント数が小さい値から大きい値に変化するにつれて、収束速度は徐々に速くなりますが、計算の安定性は徐々に低下します。したがって、計算プロセスでは、クーラント数を小さい値から設定し、反復残差の収束を観察するのが最善であり、収束速度が遅く比較的安定している場合は、クーラント数を適切に大きくすることができます。
3.緩和係数を適切に下げると収束が促進されますが、その代償として収束速度が遅くなります。一般に、ある物理量の残差曲線が比較的高い場合、その物理量の緩和係数はそれに応じて小さくすることができます。たとえば、速度の収束が良好でない場合は、運動量 (Momentum) の緩和係数を下げることができます。
4.非定常問題の場合、まず定常状態の計算を収束させてから、非定常問題を解決します。たとえば、流下膜蒸発の問題では、最初に定常状態で流量を計算し、流れが安定した後に過渡状態をオンにして蒸発を追加することができるため、迅速に収束することができます。ただし、一定の過渡時間での動作条件を考慮する場合など、使用できない場合があります。