FLUENT残差曲线震荡问题

基督山伯爵

残差波动的主要原因

高精度格式

网格太粗

网格质量差

流场本身边界复杂，流动复杂

模型的不恰当使用

在进行稳态计算时，开始残差线是一直下降的，到后来各种残差线都显示为波形波动，是不是不收敛？

有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度（2 阶），网格太疏，网格质量太差等都会使残差波动。

经常遇到，一开始下降，然后出现波动，可以降低松弛系数，问题就能收敛，但如果网格质量不好，是很难的收敛的。

通常，计算非结构网格，如果问题比较复杂，会出现这种情况，建议画网格时多下些功夫。

理论上说，残差的震荡是数值迭代在计算域内传递遭遇障碍物反射形成周期震荡导致的结果，与网格亚尺度雷诺数有关。

例如，通常压力边界是主要的反射源，换成OUTFLOW 边界会好些。这主要根据经验判断。

所以说网格和边界条件是主要因素。除此之外，如果残差稳定在1e-3以下波动，就不用担心计算结果失真，因为此时已经近乎收敛。需要注意收敛性“波动”与发散是两个不同的图线。

基督山伯爵

收敛波动的残差曲线


发散的残差曲线

基督山伯爵

如果边界条件无可替换，则只能考虑以下两点：

1. 网格问题：比如流场内部存在尖点等突变，导致网格在局部质量存在问题，影响收敛，如在用ICEM对水泵蜗壳划分结构网格的时候，显示质量很高，但是残差一直震荡，到最后近似一条直线的震荡。后来查找了各种原因，最终发现是网格质量问题。在网格质量检查的时候，一定要在导出网格时候检查质量，也就是生成网格后检查。检查的时候设定最大质量为0.2（或者稍微高点），这样质量差的网格才会显示，如果只有一个两个网格质量差，设置质量为1是会被忽略的。找到质量差的地方，重点修改这个地方就可以了。

另外，如果出现连续方程残差很高收敛慢的情况，首先应该检查的是网格质量；由于现在大量使用分块网格，这时要看看两相邻块处的网格大小是不是相差较大，也就是看看有没有出现cell jump的情况，相邻网格的大小最好不要超过2倍的关系，这时出现高连续方程残差的一个主要原因，这需要在划分网格时做好规划。

2、调整courant number，courant number实际上是指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。

在FLUENT中，用courant number来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说，随着courant number的从小到大的变化，收敛速度逐渐加快，但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题，在计算的过程中，最好是把courant number从小开始设置，看看迭代残差的收敛情况，如果收敛速度较慢而且比较稳定的话，可以适当的增加courant number的大小，根据自己具体的问题，找出一个比较合适的courant number，让收敛速度能够足够的快，而且能够保持它的稳定性。