152、Fluent密度基可压缩流动提高收敛性的几种技巧

标准可压缩流求解器假设平动温度和振动温度处于平衡状态。

但在高超声速流动（通常Ma > 5）中，激波后的分子振动自由度激发滞后于平动自由度，形成热非平衡现象。

双温度模型分别求解平动-转动温度Ttr和振动温度Tv，通过松弛过程描述能量从平动模式向振动模式的传递。

双温度模型更准确地预测壁面热流和温度分布；改善高温真实气体效应下的收敛性，因为能量分配更符合物理实际。

自动更新气体密度、比热、粘性系数、导热系数等物性参数

对于高马赫数流动，湍流结构会因密度剧烈变化而产生可压缩性效应，主要表现为湍动能耗散增强和湍流马赫数对雷诺应力的修正。

在k−ε 或k−ω SST模型中勾选该选项，会增加膨胀耗散项，修正湍动能方程

勾选Compressibility Effects可以提高对超音速/高超声速自由剪切层、混合层、激波/湍流相互作用的预测精度。防止湍流粘度被过度预测，从而改善数值稳定性

尤其适用于高超声速进气道、喷管、翼型绕流等场景

这一条非常关键，而且很多人只是照做但不知道原因。Fluent中的压力处理：

在高马赫流中，静压可能很低，而总压很高。如果操作压力 ≠ 0， 会出现大数减大数，导致浮点数截断误差，影响压力梯度计算的精度，进而诱发收敛困难。

注意：设置操作压力为0后，入口/出口边界条件中输入的静压/总压均为绝对压力

当入口边界（如压力入口）的流动为超音速时，Fluent 需要用户额外指定一个“超音速/初始表压”，其物理含义是入口处当地静压的初始猜测值或超音速流入时的静压。

该值不会改变通量计算结果，但影响求解器的初始化行为和收敛路径。对于等熵可压缩流，可以根据上游总压和马赫数通过等熵关系式计算静压：

设置合理的数值可以提供更合理的初始压力场，避免因初始压力与入口实际压力差异过大导致发散；加快收敛速度，尤其在激波串或强膨胀区中效果明显

Fluent 密度基求解器的高阶数值选项，通过以下命令启用：

/solve/set/high-speed-numerics enable y

下图中的蓝色字体为输入内容，黑色字体会输出内容

再次在TUI界面输入下列文本

/solve/set/cafs m y 100

通过该设置，Fluent会显著增强激波捕捉的稳定性，从而允许使用更大的 CFL 数。对于马赫数 > 3 的流动，可大幅提高收敛鲁棒性

对于显式格式。一般要求CFL < 1，这使得时间步长很小，计算极慢

而隐式格式的CFL 可达 100~1000+，可以大幅提高稳定性，对高马赫问题几乎是必须选项

FMG 初始化不是简单的全场赋值，而是在一组逐层加密的网格序列上先求解粗网格上的欧拉或NS方程，再将解插值到细网格作为初始场。

使用文本控制命令打开FMG初始化，在文本控制栏先输入下面文本

solve/initialize/set-fmg-initialization

依次输入蓝色字体

再次输入solve/initialize/fmg-initialization，完成FMG初始化

FMG初始化对于存在极强梯度的高超声速流具有更好的初始化效果，FMG初始化会通过逐步增加CFL数措施，来逐渐减少收敛的迭代次数。

FMG初始化需要经过一定的迭代才能完成，因此需要一定的时间

可压缩流求解器对 CFL 数非常敏感。从很小的 CFL 数（如0.1~0.5）开始，待残差下降1~2个数量级后再逐步增加至默认值（如5~10），可以避免早期迭代因通量计算不稳定而发散。这本质上是延续了FMG思想，但更灵活。