大多數(shù)Fluent不收斂問(wèn)題的通用解決辦法！

廣譜抗生素是常見(jiàn)的消炎藥，如阿奇霉素、頭孢等。當(dāng)感染是由多種細(xì)菌引起的，或者不清楚是哪種細(xì)菌引起的時(shí)候，就會(huì)考慮盡量用廣譜的抗生素，因?yàn)槟軌蚋采w更多可能的病原。

與之對(duì)應(yīng)的就是“窄譜抗生素”，它是專門殺滅某一種或一類細(xì)菌的藥物；當(dāng)然，此類藥物的應(yīng)用場(chǎng)景就比較小了，我們通常需要對(duì)感染部位進(jìn)行一系列的細(xì)菌培養(yǎng)，才能確定細(xì)菌的種類，再對(duì)癥下藥。

如果我們將Fluent的算例比喻成正常的人體，那么出現(xiàn)的問(wèn)題（比如計(jì)算不收斂、發(fā)散等情況）就可以看作是一種病癥，需要有針對(duì)性的進(jìn)行處理。當(dāng)然，對(duì)于特定的錯(cuò)誤，產(chǎn)生問(wèn)題的原因是非常多的：比如網(wǎng)格問(wèn)題、物理模型選擇、邊界條件設(shè)定、求解設(shè)置等。每個(gè)案例情況不一樣，解決的方法也各不相同，大多數(shù)情況都需要“窄譜抗生素”來(lái)進(jìn)行具體問(wèn)題的具體分析。

Fluent案例的“病”，通常會(huì)表現(xiàn)為“計(jì)算不收斂”這一癥狀

顯然，解決這些個(gè)性化的問(wèn)題，需要工程師具備有相當(dāng)豐富的軟件操作能力和行業(yè)使用經(jīng)驗(yàn)，才能夠順利完成任務(wù)，這些并不是在短時(shí)間內(nèi)能夠快速掌握的技巧。因此，本文嘗試推薦一種“廣譜抗生素”來(lái)應(yīng)對(duì)Fluent案例常見(jiàn)的“不收斂”問(wèn)題，而且經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，這一方法對(duì)于大多數(shù)的情況還是有一定效果的。

本次局部“廣譜抗生素”的藥方就是：局部加密網(wǎng)格。

網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)可以高效加密局部網(wǎng)格

我們都知道，F(xiàn)luent網(wǎng)格的要求通常要滿足兩個(gè)條件，一是效率、二是準(zhǔn)確。如果所有位置的網(wǎng)格都非常密，那么計(jì)算效率一定很低；相反，如果所有位置的網(wǎng)格都很稀疏，那么求解的準(zhǔn)確性就會(huì)收到影響。

所以，最為優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格就是：該密的位置密，該稀疏的位置稀疏。

那么哪些位置需要密的網(wǎng)格呢？?jī)蓚€(gè)位置，一是精細(xì)幾何細(xì)節(jié)的位置（曲邊、狹縫等），二是有大梯度變量的位置。除此之外的區(qū)域，都要求使用粗網(wǎng)格，從而提高計(jì)算效率。

幾何模型中的精細(xì)特征可以方便的在網(wǎng)格劃分階段進(jìn)行加密

根據(jù)“廣譜抗生素”的藥方，我們需要加密大梯度變量區(qū)域的網(wǎng)格。目前的Fluent仿真經(jīng)驗(yàn)告訴我們，有相當(dāng)一部分的仿真計(jì)算不收斂問(wèn)題，都是由于網(wǎng)格不夠密所導(dǎo)致的。

當(dāng)網(wǎng)格不能捕捉大梯度變量時(shí)，計(jì)算結(jié)果往往是不正確的

當(dāng)網(wǎng)格能夠捕捉大梯度變量時(shí)，計(jì)算結(jié)果才能得到保證

那么如何加密具有大梯度的區(qū)域呢？通常有兩種方法，一是使用Fluent軟件自帶的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)；二是通過(guò)ANSYS網(wǎng)格技術(shù)來(lái)重構(gòu)流體網(wǎng)格。

1、Fluent中的網(wǎng)格自適應(yīng)方法

該方法首先需要在原始（粗）網(wǎng)格上進(jìn)行相應(yīng)的仿真求解，得到（或者接近）收斂的結(jié)果后，通過(guò)標(biāo)記的方式來(lái)獲取大梯度變量的位置。之后可以自動(dòng)進(jìn)行該位置的體網(wǎng)格加密，而且支持多次體網(wǎng)格反復(fù)加密，無(wú)需開(kāi)啟前處理器進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所有的流程都在Fluent求解器中完成。

大梯度變量的存在區(qū)域可以直接顯示在算例中

當(dāng)然，這種自適應(yīng)網(wǎng)格加密還可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行，即根據(jù)大梯度變量在不同計(jì)算步中存在的情況進(jìn)行加密，當(dāng)梯度變小之后，網(wǎng)格又恢復(fù)回原始大?。ù志W(wǎng)格狀態(tài)）。

液晃問(wèn)題中的動(dòng)態(tài)網(wǎng)格自適應(yīng)

2、ANSYS網(wǎng)格中的網(wǎng)格加密方法

WorkbenchMeshing是最為常用的網(wǎng)格劃分工具，具有上手快，易學(xué)易用的特點(diǎn)，是很多流體工程師的首選。那么當(dāng)我們確定了具備有大梯度變量的位置之后，我們需要回到SCDM中建立能夠包含大梯度變量區(qū)域的CAD模型（立方體、圓柱或任意形狀均可），隨后連同流體計(jì)算區(qū)域一并導(dǎo)入到WorkbenchMeshing中。需要注意的是，這一部分加密的影響體（bodyof influence）并不會(huì)實(shí)際的劃分網(wǎng)格，只會(huì)加密與其重疊的流體計(jì)算區(qū)域。

WorkbenchMeshing中的體加密方法

ICEMCFD在進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分的過(guò)程中，采用密度盒子對(duì)某些固定的區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格加密，只需要我們了解加密位置大致的幾何坐標(biāo)，即可進(jìn)行網(wǎng)格的加密操作，（兩點(diǎn)法即為圓柱型加密區(qū)域）。

ICEMCFD中的體加密方法

有了局部加密的網(wǎng)格，我們的殘差通常就會(huì)有針對(duì)性的降下來(lái)了，“廣譜抗生素”對(duì)于一些問(wèn)題的適用性還是顯而易見(jiàn)的，最明顯的局部網(wǎng)格加密，就是邊界層網(wǎng)格，只加密大梯度的近壁面位置，從而加速仿真的收斂效率。

邊界層網(wǎng)格的本質(zhì)是局部加密

結(jié)語(yǔ)：對(duì)于成熟的Fluent案例，出現(xiàn)計(jì)算不收斂的情況是非常正常的，此時(shí)，有針對(duì)性的加密大梯度變量區(qū)域的網(wǎng)格，能夠有效減少數(shù)值振蕩，從而加速收斂?？梢哉J(rèn)為是一劑非?？煽康摹皬V譜抗生素”。

編輯：jq