关于Fluent仿真中的压力基与密度基求解器设置及参数调整
有些同学经常会请教我，关于流体计算中的仿真问题，今天晚上做一个统一回复。
在ANSYS Fluent中进行流体仿真时，压力基（Pressure-Based和密度基（Density-Based）求解器的选择直接影响到计算效率和结果的准确性。
一、压力基 vs 密度基:
1. 压力基求解器（Pressure-Based）
特点：以压力为基本变量，适用于不可压缩或低马赫数流动（Ma < 0.3），不过呢对于这个0.3马赫也不是那么绝对，因为现在软件优化的很好，用密度基也没啥问题。
典型场景：
低速流体（如管道流动、自然对流）
多相流（VOF、Mixture模型）
-稳态或瞬态问题
2. 密度基求解器（Density-Based）
特点：以密度为基本变量，适用于可压缩流动（Ma > 0.3）或高速气体动力学问题。
典型场景：
高速流动（如喷气发动机、超音速流动）
涉及激波、强压缩效应的仿真
瞬态可压缩流（爆炸、冲击波）
二、求解器设置步骤
1. 压力基求解器设置
路径：`Solution Methods` → `Scheme` → 选择 SIMPLE、SIMPLEC 或 PISO。
SIMPLE：通用性强，适合稳态问题。
SIMPLEC：收敛速度快，适合复杂流动。
PISO：推荐用于瞬态问题或大时间步长。
关键参数
Pressure：选择离散格式（如一阶迎风、二阶迎风）。
Momentum：默认二阶迎风以提高精度。
压力-速度耦合：根据稳定性调整亚松弛因子（如0.3-0.7）。
2. 密度基求解器设置
路径：`Solution Methods` → `Formulation` → 选择 Density-Based。
耦合式（Coupled）：适合高速流动，但内存消耗大。
显式/隐式（Explicit/Implicit）：显式适合瞬态问题，隐式适合稳态。
关键参数：
通量类型（Flux Type）：AUSM、Roe-FDS等（高速流动推荐Roe-FDS）。
Courant Number（CFL：初始值设为5-10，逐步增加以提高收敛速度。
三、参数调整技巧：提升收敛性与精度
1. 亚松弛因子（Under-Relaxation Factors）
压力基：
压力（0.3-0.7）、动量（0.5-0.7）、湍动能（0.5-0.8）。
密度基：
显式求解器无需调整，隐式求解器可降低CFL值。
2. 离散格式（Discretization Scheme）
一阶迎风：稳定性高，但精度低（适合初始化）。
二阶迎风：平衡精度与稳定性（推荐最终计算），如果要想发表论文，目前关于流体的是认可二阶迎风。
QUICK：适合高雷诺数湍流（需结构化网格）。
3. 收敛标准（Convergence Criteria）
残差（Residuals）降至1e-4以下，同时监控物理量（如出口流量、壁面压力）是否稳定。
4. 网格与初始化
网格质量：确保Y+值符合湍流模型要求（如k-ε模型Y+ > 30）。
初始化：使用“Hybrid Initialization”或从低速场逐步增加速度。
四、常见问题与解决方案
五、总结与建议
优先选择压力基：低速、不可压缩流动（如HVAC、水利工程）。
必选密度基：高速、可压缩流动（如航空航天、燃烧仿真）。
调参核心:先稳后准，初期降低松弛因子/CFL，收敛后逐步提升精度。
小贴士：
复杂问题可先用压力基求解器初始化，再切换至密度基。
-瞬态仿真建议保存中间结果，避免意外中断。
