四十三、提升Fluent收敛性：伪瞬态计算方法

基于压力密度的耦合求解器的伪瞬态计算策略及其优化策略

在计算流体动力学领域，特别是在求解高度非线性、复杂物理现象时，稳态计算常常遭遇收敛困难，导致长时间计算或无法得到稳定、可靠的解。对此，合理的策略之一是采用伪瞬态方法来增强计算的收敛性。本文将详细阐述伪瞬态计算原理、适用条件及优化策略，以增进读者对这一计算技术的理解。

1. 伪瞬态方法及其作用


1.1 作用机理

伪瞬态算法通过引入时间步长的概念，改善收敛性性能。该方法观察到传统稳态算法或基于松弛因子的调整即使能够解决收敛问题，但往往导致解的抖动或不稳定性，而伪瞬态算法则更加稳健，通过内在的隐式松弛方式确保平稳收敛。尽管涉及时间步长的概念，但关键点在于每个时间步长内的问题求解并非收敛处理，而是确保最终计算结果的收敛性。

1.2 使用条件与限制

采用伪瞬态的计算方法主要应用于稳态分析，特别是在使用基于压力的耦合求解器 (coupled) 或基于密度的隐式求解器 (Implicit) 的情况下。对于未受时间影响的其他方程，主要取决于模型的具体实现和特化设计，特别是在高级设置中。




2. 高级设置与参数调整

使用高级解决控制或在“专家”模式下调整参数，可以针对特定问题提供个性化的伪瞬态设置。通过为每条方程式单独设定时间缩放因子，允许微调不同物理过程的计算速率，从而提升解的精确性和稳定性。

3. Run Calculation界面的优化


3.1 Fluid Time Scale: Time Step Method

在“Run Calculation”界面中，用户能够自定义伪时间步长的大小，从而优化计算效率与收敛性。通常建议与流动全局时间尺度相匹配，确保计算的适时性和准确性。算法提供自动（Automatic）和由用户指定（UserSpecified）的计算方式，同时还包括保守（Conservative）和侵略性（Aggressive）的长度比例调整策略，以适应不同模型的计算需求。

3.2 Solid Time Scale: UserSpecified

在涉及固体区域或复杂模型（如多孔介质、固化/熔融模型）时，时间尺度的调整同样适用。用户可以根据实际需求和模型特性，在此界面中进行精细调整。

4. 多相流计算策略

在多相流场景中，尽管伪时间步长的设置适用于所有计算，但需要注意综合评估物理现象和算法的互动，确保稳定且高效地生成结果。特别是在缺乏视觉验证的情况下，选择合适的收敛标签（如位置选择监控变量）对识别有效解至关重要。

5. 明渠流动与耦合求解

对于明渠流动问题，推荐采用“Coupled with Volume Fractions”方式耦合求解，以确保在理想流体效应与复杂流体交互之间的协调与优化。