大神总结的三大CFD收敛判定方法与五大实战经验，我怎么才知道！后悔！！！

导语：在Fluent求解过程中，模型不收敛很容易出现报错，从而导致仿真计算失败。而收敛性涉及到模型是否需要继续算下去，从而保证其计算结果的精度，可用于实验数据比较验证。那么，Fluent的收敛性有哪些判定标准呢？关于收敛问题又有哪些经验可以借鉴呢？

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01. 收敛的定义与重要性

那些使用过有限元分析的人，会经常使用术语“收敛”。收敛性简单理解为在正常运行计算的前提下，模型是否需要继续算下去，计算结果是否满足精度要求。

注意：计算精度不等同于计算准确，即模型的收敛性不同于准确性。准确性侧重于计算结果与实验数据的偏差；收敛性侧重于计算结果的精度。满足精度要求的计算结果才是有效的，也是实验数据比较验证和仿真报告写作的必要条件，即收敛性是准确性的前提条件。

02. Flent收敛的判定标准

我们可以从3个方面来判定计算收敛：

（1）残差判定

对所有的工况，没有统一的残差判断标准。对于大多数问题，默认的判断标准已经足够了，即残差小于0.001，可以在Fluent的结构树下的Solution—>Monitor—>Residual里查看。

2）瞬态问题：由于瞬态问题的残差图像都锯齿状的，故在每个时间步中，控制台输出的实际迭代数应小于设置的最大迭代数，尤其是在最后的计算阶段。

（2）通量守恒

当全局的质量、动量、能量等通量实现平衡时，我们可依据Flux的守恒性进行确认。计算完成后，通过观察Flux的守恒情况，可以评估模型是否已达到收敛状态，如查看三通管的进出口质量流速是否一致（误差在0.1%通常是可接受的）。

（3）感兴趣（监测）的物理量

为了使结果更加精确，可根据工况辅助检测一些感兴趣（监测）的物理量，如速度，流量等。当所关心的物理量保持不变（包括周期性不变）时，说明达到了收敛。

注意：某些情况下即使残差没有达到设定值，只要所检测的物理量很稳定（包括周期性稳定），也可以认为收敛。如瞬态计算中叶片周期性转动，所监测的扭矩值也是呈周期性稳定变化。

03. 收敛问题的一些个人经验

在CFD仿真过程中，遇到最多的问题是收敛问题。有些模型参数设置很简单，但计算的时候就是不收敛甚至发散报错。这里总结一下常用的收敛控制策略。

（1）提高网格质量

检查网格质量，提高网格质量，网格质量不合格极易使模型计算不收敛。3种提升网格质量的常用方法已在前文介绍过，详情可点击文章末尾的“阅读原文”链接进行查阅。

（2）检查模型和边界条件

这个没有什么好经验，具体问题具体对待，做好数据确认和验证工作。

（3）选择合适的求解算法

在CFD求解方法中，Coupled算法通常能够迅速实现收敛。然而，当遇到不收敛的情况时，该算法往往会表现出残差的振荡现象。但是，为了避免因迭代次数不足而导致的假收敛现象，建议同时进行变量监测。

在Coupled算法无法实现收敛的情况下，可以考虑使用PISO、SIMPLEC或SIMPLE这三种算法。这些算法在收敛性方面表现相似，但SIMPLEC增加了歪斜修正，而PISO则提供了歪斜和正交两种修正，因此在处理低质量网格时效果更为显著。

（4）考虑高阶算法

高阶算法未必收敛性就一定比低阶算法差。有时候像动量等方程，二阶（现在的版本大多默认采用二阶精度）无法收敛的时候，不妨试试更高阶格式（QUICK、MUSCL等），可能会有意想不到的效果。事实上低阶格式只是相对更稳定，并没有证据表明其收敛性更好。

（5）适当减小松弛因子

松弛因子越小，越容易收敛，但是收敛速度也越慢。一般如果某个物理量残差曲线比较高，相应减小这个物理量的松弛因子即可。比如速度收敛性不好，可将动量Momentum的松弛因子减小。

但是亚松弛因子的作用仅限于在优化过程中对已有良好结果进行微调提升，而在问题求解遇到困难时，它无法提供根本性的帮助或解决方案。