本文描述在Fluent中選擇使用壓力基求解器的一些引數設定。
注：本文譯自Fluent User Guide 32。3，存放備查閱。
”
1 選擇壓力-速度耦合方法
當使用壓力基求解器時，壓力-速度耦合方法控制壓力和速度的更新方式。該方法可以是分離（壓力和速度按順序更新）或耦合（壓力和速度同時更新）。
Fluent 提供以下分離型別的演算法：
SIMPLE
SIMPLEC
PISO
Fractional Step（FSM）（僅具有非迭代時間推進 （NITA） 的時間相關流動）
一般來說，分離演算法單次迭代速度更快，而耦合演算法通常需要更少的迭代來收斂。因此，常建議將耦合求解器用於穩態模擬。對於瞬態模擬，耦合求解器具有最佳的穩健性，尤其是在大時間步長時，但 SIMPLEC、PISO 或 NITA 等分離散發可能會為小時間步長提供更快的整體求解時間。
耦合求解器提供以下機制來對方程進行欠鬆弛處理：
偽瞬態Pseudo Transient（僅用於穩態）
Courant number
在以下條件時，預設選擇耦合偽瞬態演算法：
穩態
單相
無電池或燃料電池模型
無凝固熔化模型
注：壓力速度耦合演算法僅用於壓力基求解器
”
1。1 SIMPLE vs。 SIMPLEC
在 Ansys Fluent 中，標準 SIMPLE 演算法和 SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）演算法都可用。SIMPLE 是預設設定，但使用 SIMPLEC 會帶來許多好處，特別是因為可以應用額外的欠鬆弛，如下所述。
對於收斂受壓力-速度耦合限制的相對簡單的問題（沒有啟用附加模型的層流），通常可以使用SIMPLEC更快地獲得收斂解。對於SIMPLEC，壓力校正亞鬆弛因子通常設定為1。0，這有助於加快收斂速度。然而，在某些問題中，將壓力修正亞鬆弛增加到1。0可能會由於網格歪斜度高而導致計算不穩定。對於這種情況，需要使用一個或多個偏度校正方案，使用稍微保守的欠鬆弛值（高達0。7），或使用SIMPLE演算法。對於包含湍流和/或附加物理模型的複雜流動，SIMPLEC只有在受到壓力-速度耦合的限制時才能提高收斂性。通常，它是限制收斂的附加模型引數之一；在這種情況下，SIMPLE和SIMPLEC將給出相似的收斂速度。
1。2 PISO
強烈建議在所有瞬態流計算中使用具有鄰域校正的 PISO 演算法
，尤其是在想要使用較大的時間步長時。（對於使用 LES 湍流模型的問題，通常需要較小的時間步長，使用 PISO 可能會導致計算開銷增加，因此應考慮使用 SIMPLE 或 SIMPLEC）。PISO 可以用更大的時間步長保持穩定的計算，動量和壓力的欠鬆弛因子為 1。0。對於穩態問題，與SIMPLE或具有最佳欠鬆弛因子的SIMPLEC 演算法相比，具有鄰域校正的 PISO 演算法沒有提供任何明顯的優勢。
對於高畸變網格的穩態和瞬態計算，建議使用帶歪斜度校正的PISO演算法。
使用PISO鄰近校正時，建議所有方程的鬆弛因子為1。0或接近1。0。如果僅對高度扭曲的網格使用PISO“傾斜”校正（無相鄰校正），請為“動量”和“壓力”設定“欠鬆弛因子”，使其總和為1（例如，壓力方程設定為0。3，動量方程設定為0。7）。
對於大多數問題，不必禁用相鄰和傾斜校正之間的預設耦合。但是，對於高度扭曲的網格，建議禁用相鄰和傾斜校正之間的預設耦合。
1。3 Fractional Step方法
當選擇使用 NITA 方法（Non-Iterative Time Advancement）時，可以使用 Fractional Step method （FSM） 。NITA 方法與 PISO 演算法相比，FSM 的計算成本略低。選擇 FSM 還是 PISO 取決於實際問題。對於某些問題（例如，使用 VOF 的模擬），FSM 可能不如 PISO 穩定。
在大多數情況下，求解方法的預設值足以設定由於歪斜引起的內部壓力校正子迭代的魯棒收斂性。只有非常複雜的問題（如移動變形網格、滑動介面、VOF模型等）可能需要將壓力的鬆弛減少到0。7或0。8。
1。4 Coupled演算法
從
Pressure-Velocity Coupling
下拉列表中選擇
Coupled
表示正在使用壓力基耦合演算法。與壓力基分離演算法相比，該求解器具有一些優勢。壓力基耦合演算法為穩態流動獲得了更穩健和有效的單相實現。此演算法不適用於使用非迭代時間推進選項 （NITA） 的問題。
注意：在某些使用多孔階躍邊界條件的情況下，耦合演算法可能會遇到不響應耦合求解器設定變化的收斂問題。這種行為取決於特定的流動分佈和多孔跳躍邊界條件值。如果在使用多孔跳躍邊界條件和耦合方案的情況下觀察到收斂不穩定，建議將壓力-速度耦合更改為分離演算法之一。
”
1。5 使用者輸入
可以在Solution Methods任務面板中設定壓力-速度耦合演算法。
在Pressure-Velocity Coupling下拉列表中選擇 SIMPLE、SIMPLEC、PISO、Fractional Step或Coupled。
如果選擇 PISO，任務頁面將展開以顯示壓力-速度耦合的附加引數。預設情況下，Skewness Correction 和 Neighbor Correction 的迭代次數設定為 1。如果只想使用 Skewness Correction，則將 Neighbor Correction 的迭代次數設定為 0。同樣，如果只想使用 Neighbor Correction，則可以將Skewness Correction的迭代次數設定為 0。對於大多數問題，不需要更改預設迭代值。預設情況下，Skewness-Neighbor Coupling 選項被啟用以允許使用 PISO 演算法的更經濟但不太穩健的變體。
如果在 Pressure-Velocity Coupling 下選擇 SIMPLEC，則還必須設定 Skewness Correction，其預設值為 0。
如果選擇Coupled而不使用Pseudo Transient選項，則必須在Solution Controls任務頁中指定Courant數，其預設設定為200。另外還將指定Momentum和Pressure的Explicit Relaxation Factors，預設情況下設定為0。5。
對於具有非常傾斜網格的問題，可以透過進一步將顯式鬆弛因子減少到0。25來穩定執行。如果Fluent在AMG解算器中立即發散，那麼CFL值太高，應該減小。不建議將CFL數減少到10以下，此時對於壓力-速度耦合，最好使用分離演算法。
在大多數瞬態情況下，CFL數應設定為較大的值，如1E7，顯式鬆弛因子應設定為1。0。
如果選擇了Coupled演算法並啟用 Pseudo Transient 選項，將在 Solution Controls 任務頁面中設定 Pseudo Transient Explicit Relaxation Factors。
2 質量通量型別
質量通量的計算方法可以在面板中的 下拉框中選擇。
使用壓力基求解器時，可以從以下選項中進行選擇：
Rhie-Chow: distance based
此通量選項應用距離加權高階速度插值，並針對壓力梯度差進行 Rhie-Chow 校正。這是預設選項，建議用於大多數情況（特別是那些具有誤差波動非物理反射的情況）。
Rhie-Chow: momentum based
該通量選項遵循動量係數加權高階速度插值，並對壓力梯度差進行Rhie-Chow校正。
可以啟用 Flux Type 列表旁邊的
Auto Select
選項，以便 Fluent 根據問題設定自動選擇型別：可壓縮流體選擇Rhie-Chow： distance based，不可壓縮流動選擇Rhie-Chow： momentum based。
注意：對於溼蒸汽模型以外的多相流模型，Flux Type列表不可用，而使用Rhie-Chow： momentum based。
”
3 設定亞鬆弛因子
壓力基求解器使用方程的欠鬆弛來控制每次迭代時計算變數的更新。這意味著使用壓力基求解器求解的所有方程，包括由密度基求解器求解的非耦合方程（湍流方程和其他標量方程），都將具有與之相關的欠鬆弛因子。
在Fluent中，所有變數的預設亞鬆弛因子都設定為接近最佳的值，以滿足最大可能的情況。這些值適用於許多問題，但對於一些特殊的非線性問題（如一些湍流或高瑞利數自然對流問題），謹慎的做法是減小初始亞鬆弛因子。
使用預設的欠鬆弛因子開始計算是一種很好的做法。如果殘差在前 4 或 5 次迭代後持續增加，則應考慮減少亞鬆弛因子。
有時，使用者可能會更改欠鬆弛因子並繼續計算，結果卻發現殘差開始增加。這通常是由於過度增加欠鬆弛因子造成的。一種謹慎的方法是在對欠鬆弛因子進行更改之前儲存data檔案，併為求解演算法進行幾次迭代以適應新的引數。通常欠鬆弛因子的增加會導致殘差略有增加，但隨著求解的進行，這些增加通常會消失。如果殘差跳躍了幾個數量級，此時應該考慮停止計算並返回到儲存的最後一個data檔案。
注意，粘度和密度在一次迭代到另一次迭代的過程中是欠鬆弛的。此外，如果直接求解焓方程而不是溫度方程（對於非預混燃燒計算），則基於焓的溫度更新將不受限制。要檢視預設的亞鬆弛因子，可以單擊Solution Controls任務頁中的
Default
按鈕。
對於大多數流動問題，預設的亞鬆弛因子通常不需要修改。但如果觀察到計算不穩定或發散行為，則需要將壓力、動量、湍動能
和湍流耗散率
的欠鬆弛因子從其預設值減少到約0。2、0。5、0。5和0。5，（對於SIMPLEC演算法，通常不必降低壓力鬆弛）。在密度與溫度強耦合的問題中，如在非常高的瑞利數自然對流或混合對流中，明智的做法是也對溫度方程和/或密度進行鬆弛（即使用小於1。0的鬆弛因子）。相反，當溫度與動量方程不耦合（或弱耦合）時，如在密度恆定的流動中，溫度的欠鬆弛因子可以設定為1。0。
對於其他標量方程（如旋轉、組分、混合分數和混合分數方差等），預設的鬆弛因子對於某些問題來說可能過於激進，特別是在計算開始時。此時可能希望將因子減少到0。8以便於收斂。
可以在
Solution Controls
面板中設定亞鬆弛因子，如下圖所示。
重要提示：如果使用壓力基求解器，則所有方程都將有一個關聯的欠鬆弛因子。如果使用的是密度基求解器，則只有那些按順序求解的方程才會具有欠鬆弛因子。
”
如果問題中涉及到組分輸運，則可以為每個列出的組分設定欠鬆弛因子。如果希望所有組分使用相同的亞鬆弛因子，只需啟用選項
Set All Species URFs Together
。注意啟用此選項後，將不再顯示單個組分的列表，而是出現一個Species輸入框，使用者可以在其中指定所有組分的欠鬆弛因子。
如果修改了亞鬆弛因子，而想要恢復到預設的亞鬆弛因子，可以單擊Solution Controls任務頁中的
Default
按鈕。
注意在最佳設定下，壓力-速度耦合演算法的收斂性將受到其他標量方程（例如湍流）分離解的限制。為獲得最佳求解器效能，需要增大這些方程的亞鬆弛因子。
（未完待續）