關(guān)于Fluent中的松弛因子

2017-01-14 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

由于流體力學(xué)中要求解非線性的方程,在求解過(guò)程中,控制變量的變化是很必要的,這就通過(guò)松弛因子來(lái)實(shí)現(xiàn)的.它控制變量在每次迭代中的變化。也就是說(shuō),變量的新值為原值加上變化量乘以松弛因子。

如:A1=A0+B*DETA

A1 新值;A0 原值;B 松弛因子;DETA 變化量;

松弛因子可控制收斂的速度和改善收斂的狀況!

=1,相當(dāng)于不用松弛因子;

>1,為超松弛因子,加快收斂速度;

<1,欠松弛因子,改善收斂的條件;

一般來(lái)講,大家都是在收斂不好的時(shí)候,采用一個(gè)較小的欠松弛因子。 Fluent里面用的是欠松弛,主要防止兩次迭代值相差太大引起發(fā)散。

松弛因子的值在0~1之間,越小表示兩次迭代值之間變化越小,也就越穩(wěn)定,但收斂也就越慢。

1、亞松弛(Under Relaxation)

所謂亞松弛就是將本層次計(jì)算結(jié)果與上一層次結(jié)果的差值作適當(dāng)縮減,以避免由于差值過(guò)大而引起非線性迭代過(guò)程的發(fā)散。用通用變量來(lái)寫出時(shí),為松弛因子(Relaxation Factors)。

2、FLUENT中的亞松弛

由于FLUENT所解方程組的非線性,我們有必要控制的變化。一般用亞松弛方法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制,該方法在每一步迭代中減少了的變化量。亞松弛最簡(jiǎn)單的形式為:單元內(nèi)變量等于原來(lái)的值加上亞松弛因子a與變化量的積,分離解算器使用亞松弛來(lái)控制每一步迭代中的計(jì)算變量的更新。這就意味著使用分離解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他標(biāo)量)都會(huì)有一個(gè)相關(guān)的亞松弛因子。在FLUENT中,所有變量的默認(rèn)亞松弛因子都是對(duì)大多數(shù)問(wèn)題的最優(yōu)值。這個(gè)值適合于很多問(wèn)題。

但是對(duì)于一些特殊的非線性問(wèn)題(如:某些湍流或者高Rayleigh數(shù)自然對(duì)流問(wèn)題),在計(jì)算開(kāi)始時(shí)要慎重減小亞松弛因子。

使用默認(rèn)的亞松弛因子開(kāi)始計(jì)算是很好的習(xí)慣。如果經(jīng)過(guò)4到5步的迭代殘差仍然增長(zhǎng),你就需要減小亞松弛因子。有時(shí)候,如果發(fā)現(xiàn)殘差開(kāi)始增加,你可以改變亞松弛因子重新計(jì)算。在亞松弛因子過(guò)大時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)這種情況。最為安全的方法就是在對(duì)亞松弛因子做任何修改之前先保存數(shù)據(jù)文件,并對(duì)解的算法做幾步迭代以調(diào)節(jié)到新的參數(shù)。最典型的情況是,亞松弛因子的增加會(huì)使殘差有少量的增加,但是隨著解的進(jìn)行殘差的增加又消失了。如果殘差變化有幾個(gè)量級(jí)你就需要考慮停止計(jì)算并回到最后保存的較好的數(shù)據(jù)文件。

注意:

粘性和密度的亞松弛是在每一次迭代之間的。而且,如果直接解焓方程而不是溫度方程(即:對(duì)PDF計(jì)算),基于焓的溫度的更新是要進(jìn)行亞松弛的。要查看默認(rèn)的亞松弛因子的值,你可以在解控制面板點(diǎn)擊默認(rèn)按鈕。

對(duì)于大多數(shù)流動(dòng),不需要修改默認(rèn)亞松弛因子。但是,如果出現(xiàn)不穩(wěn)定或者發(fā)散你就需要減小默認(rèn)的亞松弛因子了,其中壓力、動(dòng)量、k和e的亞松弛因子默認(rèn)值分別為0.2,0.5,0.5和0.5。

對(duì)于SIMPLEC格式一般不需要減小壓力的亞松弛因子。在密度和溫度強(qiáng)烈耦合的問(wèn)題中,如相當(dāng)高的Rayleigh數(shù)的自然或混合對(duì)流流動(dòng),應(yīng)該對(duì)溫度和/或密度(所用的亞松弛因子小于1.0)進(jìn)行亞松弛。相反,當(dāng)溫度和動(dòng)量方程沒(méi)有耦合或者耦合較弱時(shí),流動(dòng)密度是常數(shù),溫度的亞松弛因子可以設(shè)為1.0。

對(duì)于其它的標(biāo)量方程,如漩渦,組分,PDF變量,對(duì)于某些問(wèn)題默認(rèn)的亞松弛可能過(guò)大,尤其是對(duì)于初始計(jì)算。你可以將松弛因子設(shè)為0.8以使得收斂更容易.

SIMPLE與SIMPLEC比較在FLUENT中,可以使用標(biāo)準(zhǔn)SIMPLE算法和SIMPLEC (SIMPLE-Consistent)算法,默認(rèn)是SIMPLE算法,但是對(duì)于許多問(wèn)題如果使用SIMPLEC可能會(huì)得到更好的結(jié)果,尤其是可以應(yīng)用增加的亞松馳迭代時(shí),具體介紹如下:

對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題(如:沒(méi)有附加模型激活的層流流動(dòng)),其收斂性已經(jīng)被壓力速度耦合所限制,你通?？梢杂肧IMPLEC算法很快得到收斂解。在SIMPLEC中,壓力校正亞松馳因子通常設(shè)為1.0,它有助于收斂。但是,在有些問(wèn)題中,將壓力校正松弛因子增加到1.0可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定。對(duì)于所有的過(guò)渡流動(dòng)計(jì)算,強(qiáng)烈推薦使用PISO算法鄰近校正。它允許你使用大的時(shí)間步,而且對(duì)于動(dòng)量和壓力都可以使用亞松馳因子1.0。對(duì)于定常狀態(tài)問(wèn)題,具有鄰近校正的PISO并不會(huì)比具有較好的亞松馳因子的SIMPLE或SIMPLEC好。對(duì)于具有較大扭曲網(wǎng)格上的定常狀態(tài)和過(guò)渡計(jì)算推薦使用PISO傾斜校正。當(dāng)你使用PISO鄰近校正時(shí),對(duì)所有方程都推薦使用亞松馳因子為1.0或者接近1.0。如果你只對(duì)高度扭曲的網(wǎng)格使用PISO傾斜校正,請(qǐng)?jiān)O(shè)定動(dòng)量和壓力的亞松馳因子之和為1.0比如:壓力亞松馳因子0.3,動(dòng)量亞松馳因子0.7)。如果你同時(shí)使用PISO的兩種校正方法,推薦參閱PISO鄰近校正中所用的方法。