FLUENT运行过程中，残差曲线震荡问题_fluent残差曲线震荡

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残差问题

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FLUENT 运行过程中，出现残差曲线震荡是怎么回事？如何解决残差震荡的问题？残差震荡

对计算收敛性和计算结果有什么影响？

一. 残差波动的主要原因：1、高精度格式； 2、网格太粗；3、网格质量差；4、流场本身边界

复杂，流动复杂；5、模型的不恰当使用。

二. 问：在进行稳态计算时候，开始残差线是一直下降的，可是到后来各种残差线都显示为波

形波动，是不是不收敛阿？

 答：有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度（2 阶），网格太疏，网格

质量太差，等都会使残差波动。经常遇到，一开始下降，然后出现波动，可以降低松弛系数，

我的问题就能收敛，但如果网格质量不好，是很难的。通常，计算非结构网格，如果问题比较

复杂，会出现这种情况，建议作网格时多下些功夫。理论上说，残差的震荡是数值迭代在计算

域内传递遭遇障碍物反射形成周期震荡导致的结果，与网格亚尺度雷诺数有关。例如，通常压

力边界是主要的反射源，换成 OUTFLOW 边界会好些。这主要根据经验判断。所以我说网格

和边界条件是主要因素。

三. 1、网格问题：比如流场内部存在尖点等突变，导致网格在局部质量存在问题，影响收敛。

 2、可以调整一下 courant number，courant number 实际上是指时间步长和空间步长

的相对关系，系统自动减小 courant 数，这种情况一般出现在存在尖锐外形的计算域，当局部

的流速过大或者压差过大时出错，把局部的网格加密再试一下。

 在 uent 中，用 courant number 来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说，随着

courant number 的从小到大的变化，收敛速度逐渐加快，但是稳定性逐渐降低。所以具体的

问题，在计算的过程中，最好是把 courant number 从小开始设置，看看迭代残差的收敛情

况，如果收敛速度较慢而且比较稳定的话，可以适当的增加 courant number 的大小，根据

自己具体的问题，找出一个比较合适的 courant number，让收敛速度能够足够的快，而且能

够保持它的稳定性。



23在 FLUENT 运行过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时

如何解决？而这里的极限值指的是什么值？修正后它对计算结果有何影响？

Let's take care of the warning "turbulent viscosity limited to viscosity ratio****"

which is not physical. This problem is mainly due to one of the following:

1)Poor mesh quality(i.e.,skewness > 0.85 for Quad/Hex, or skewness > 0.9 for

Tri/Tetra elements). {what values do you have?}

2)Use of improper turbulent boudary conditions.

3)Not supplying good initial values for turbulent quantities.

出现这个警告，一般来讲，最可能的就是网格质量的问题，尤其是 Y 值的问题；在划分网格的

时候要注意，第一层网格高度非常重要，可以使用 NASA 的 Viscous Grid Space

Calculator 来计算第一层网格高度；如果这方面已经注意了，那就可能是边界条件中有关湍流

量的设置问题，关于这个，本版中已经有专门的帖子进行了讨论，Fluent 培训的教程中也有讲

到，请大家参考。

24在 FLUENT 运行计算时，为什么有时候总是出现“reversed ow”？其具体意义是什么？

有没有办法避免？如果一直这样显示，它对最终的计算结果有什么样的影响？

这个问题的意思是出现了回流，这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些，有些 case 可

能只在计算的开始阶段出现这个警告，随着迭代的计算，可能会消失，如果计算一段时间之后，

警告消失了，那么对计算结果是没有什么影响的，如果这个警告一直存在，可能需要作以下处

理：

1.如果是模拟外部绕流，出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远，如果边界

条件取的足够远，该处可能在计算的过程中的确存在回流现象；对于可压缩流动，边界最好取

在 10 倍的物体特征长度之处；对于不可压缩流动，边界最好取在 4 倍的物体特征长度之处。

2.如果出现了这个警告，不论对于外部绕流还是内部流动，可以使用 pressure-outlet 边界条

件代替 outow 边界条件改善这个问题。

22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么

样的影响？

1、亚松驰（Under Relaxation）：所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差

值作适当缩减，以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时，为

松驰因子（Relaxation Factors）。《数值传热学-214》

2、FLUENT 中的亚松驰：由于 FLUENT 所解方程组的非线性，我们有必要控制的变化。一

般用亚松驰方法来实现控制，该方法在每一部迭代中减少了的变化量。亚松驰最简单的形式为：

单元内变量等于原来的值加上亚松驰因子 a 与变化的积, 分离解算器使用亚松驰来控制每一

步迭代中的计算变量的更新。这就意味着使用分离解算器解的方程，包括耦合解算器所解的非

耦合方程（湍流和其他标量）都会有一个相关的亚松驰因子。在 FLUENT 中，所有变量的默

认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题，但是对于一些特殊的非线

性问题（如：某些湍流或者高 Rayleigh 数自然对流问题），在计算开始时要慎重减小亚松驰

因子。使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过 4 到 5 步的迭代残差仍然增长，

你就需要减小亚松驰因子。有时候，如果发现残差开始增加，你可以改变亚松驰因子重新计算。

在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之

前先保存数据文件，并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是，亚松驰因

子的增加会使残差有少量的增加，但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几

个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。注意：粘性和密度的亚松驰

是在每一次迭代之间的。而且，如果直接解焓方程而不是温度方程（即：对 PDF 计算），基

于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值，你可以在解控制面板点

击默认按钮。对于大多数流动，不需要修改默认亚松弛因子。但是，如果出现不稳定或者发散

你就需要减小默认的亚松弛因子了，其中压力、动量、k 和 e 的亚松弛因子默认值分别为

0.2，0.5，0.5 和 0.5。对于 SIMPLEC 格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温

度强烈耦合的问题中，如相当高的 Rayleigh 数的自然或混合对流流动，应该对温度和/或密度

（所用的亚松弛因子小于 1.0）进行亚松弛。相反，当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱

时，流动密度是常数，温度的亚松弛因子可以设为 1.0。对于其它的标量方程，如漩涡，组分，

PDF 变量，对于某些问题默认的亚松弛可能过大，尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设

为 0.8 以使得收敛更容易。

SIMPLE 与 SIMPLEC 比较

在 FLUENT 中，可以使用标准 SIMPLE 算法和 SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法，

默认是 SIMPLE 算法，但是对于许多问题如果使用 SIMPLEC 可能会得到更好的结果，尤其

是可以应用增加的亚松驰迭代时，具体介绍如下:

对于相对简单的问题（如：没有附加模型激活的层流流动），其收敛性已经被压力速度耦合所

限制，你通常可以用 SIMPLEC 算法很快得到收敛解。在 SIMPLEC 中，压力校正亚松驰因

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