08 基础知识 | 稳态 or 瞬态
今天给大家带来是在实际操作时，遇到的瞬态和稳态问题，这部分十分简单，就长话短说，简单介绍一下。（如有错误，请各位指正） |
1 瞬态与稳态的核心定义
先给大家明确二者的核心定义，方便后续理解选型逻辑：
稳态：流场、温度场、压力场等所有物理参数，只随空间位置变化，不随时间变化，简单说就是“时间冻结”的稳定状态，仿真只需要得到最终的稳定结果即可。
瞬态：所有物理参数既随空间位置变化，也随时间变化，是一个动态演变的过程，仿真需要捕捉每一个时间步的状态，记录整个变化历程。
简单来讲，只关心最终结果就选稳态，关心整个过程就选瞬态。
2 瞬态与稳态的核心区别
2.1 时间相关性与仿真逻辑
稳态：与时间无关，仿真逻辑很简单，单次迭代收敛后就可以结束，不用设置时间步，新手也能快速上手。
瞬态：与时间密切相关，仿真需要按时间步逐步推进，累积每一个时刻的计算结果，直到达到预设的观察时间，操作相对复杂。
2.2 计算成本与收敛难度
稳态：计算成本低，耗时短，一般几分钟到几小时就能收敛（根据模型复杂度调整），残差收敛判断简单，只要残差平稳下降、不再波动，就说明达到了稳态。
瞬态：计算成本高，耗时长，有时需要跑几天甚至几个月，不仅要关注残差收敛，还要判断时间步设置是否合理，避免结果失真。
2.3 初始条件要求
稳态：对初始条件要求不高，只要给出合理的初始猜测值，不影响最终的稳定结果，哪怕初始值有偏差，迭代收敛后也能得到正确结果。
瞬态：对初始条件要求极高，必须提供精确的初始时刻流场状态，如果关注球阀开启等和时间强相关的物理量，初始条件设置错误，会导致整个仿真过程失真。
3 瞬态与稳态怎么选
3.1 优先选择稳态的情况
只要满足以下任意一种情况，优先选稳态，能省很多时间，而且结果足够精准，适合大多数常规工程仿真：
流场最终会达到稳定状态，且只关心稳定后的性能参数（如压降、平均流速、换热系数、升阻力等）。
边界条件不随时间变化（如入口流速、流量、压力恒定，壁面温度、热源恒定，无启停、无脉动）。
常规工程选型、方案对比，不需要捕捉过程细节，只需要快速得到稳定后的结果用于判断。例如：管道内充分发展的流动、换热器稳定运行、飞行器、船舶定速巡航等工况。
3.2 必须选择瞬态的情况
只要满足以下任意一种情况，必须选择瞬态：
存在随时间变化的边界条件（如设备启动/停机、阀门快速开关、脉动流量、交变热流、振动等）。
流动本身天然不稳定，存在周期性变化（如圆柱绕流的卡门涡街、机翼颤振、流动分离/再附的动态过程）。
需要捕捉动态演变过程、瞬时峰值（如最大压力、最高温度、瞬态应力）、响应时间、振荡周期等。
特殊工况（如爆炸、溃坝、水锤、快速加热/冷却、相变、燃烧等），这些工况本身就是动态过程，无法用稳态模拟。
4 注意事项
不要盲目追求瞬态：很多人觉得瞬态结果更精准，不管什么工况都选瞬态，其实没必要，常规稳态工况，稳态仿真的结果足够满足工程需求，而且能节省大量时间。
瞬态仿真重点调时间步：时间步设置不能太大，也不能太小——太大容易导致结果失真，太小会增加计算成本，建议根据特征时间（流动穿过特征长度的时间）合理设置，这一部分建议大家阅读时间步长无关性验证的推文。
不要忽视初始条件：瞬态仿真的初始条件一定要精准，最好用稳态仿真的收敛结果作为瞬态的初始条件（这个也是我常用的方法），能减少收敛难度，避免结果失真。
