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VOF模型 所谓 VOF 模型（详见第 20.2节），是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。当需要得到一种或多种互不相融流体间的交界面时，可以采用这种模型。在 VOF模型中，不同的流体组分共用着一套动量方程，计算时在全流场的每个计算单元内，都记录下各流体组分所占有的体积率。VOF 模型的应用例子包括分层流，自由面流动，灌注，晃动，液体中大气泡的流动，水坝决堤时的水流，对喷射衰竭（jet breakup）(表面张力)的预测，以及求得任意液气分界面的稳态或瞬时分界面。20.1.1VOF 模型的概述及局限(Overview and Limitations of the VOF Model) 概述（Overview） VOF 模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的 volume fraction 来 模拟两种或三种不能混合的流体。典型的应用包括预测， jet breakup、流体中大泡的运动（the motion of large bubbles in a liquid） 、the motion of liquid after a dam break 和气液界面的稳态和瞬态处理（the steady or transient tracking of any liquid-gas interface） 。 局限（limitations） 下面的一些限制应用于 FLUENT 中的 VOF 模型： 你必须使用 segregated solver. VOF 模型不能用于 coupled solvers. 所有的控制容积必须充满单一流体相或者相的联合；VOF 模型不允许在那些空的区域中没有任何类型的流体存在。 只有一相是可压缩的。 2 Streamwise periodic flow (either specified mass flow rate or specified pressure drop) cannot be modeled when the VOF model is used. Species mixing and reacting flow cannot be modeled when the VOF model is used. 大涡模拟紊流模型不能用于 VOF 模型。 二阶隐式的 time-stepping公式不能用于 VOF 模型。 VOF 模型不能用于无粘流。 The shell conduction model for walls cannot be used with the VOF model. 稳态和瞬态的 VOF 计算 在 FLUENT 中 VOF 公式通常用于计算时间依赖解，但是对于只关心稳态解的问题，它也可以执行稳态计算。稳态 VOF 计算是敏感的只有当你的解是独立于初始时间并且对于单相有明显的流入边界。例如，由于在旋转的杯子中自由表面的形状依赖于流体的出事水平，这样的问题必须使用 time-dependent 公式。另一方面，渠道内顶部有空气的水的流动和分离的空气入口可以采用 steady-state公式求解。！ ！对于涉及到表面张力的计算，建议你在 Multiphase Model panel 中为Body Force Formulation打开 Implicit Body Force。这样做由于压力梯度和动量方程中表面张力的部分平衡，从而提高了解的收敛性。接触角（ w in Figure 20.2.2）就是壁面和接触面切线的夹角，量度了在 Wal l 面板的成对的列表中第一相的值。 例如， 如果你设置 oil和 air相的接触角在 Wal l面板中 （as shown in Figure 20.6.14）, w 量度在 oil 相内。 对于所有对默认值是 90 度，就是没有壁面支持的影响（也就是，接触面垂直于支持面） 。例如，接触角为 45度，相当于水沿着容器面爬行，通常是水在玻璃上。20.7.1VOF 模型的求解策略（Solution Strategies for the VOF Model） 为了提高 VOF 模型求解的精度和收敛性，几条建议列举如下： 59Setting the Reference Pressure Location 参考压力的位置应该移动到能减少压力计算的位置。默认的情况，参考压力的位置在单元中心或靠近点（0，0，0） 。你可以通过指定新的 Reference Pressure Location在 Operating Conditions panel.中移动这个位置。 Define Operating Conditions. 你选择的位置应当在这样的区域，那里总是包含密度最小的流体（也就是，气相，如果你计算的有一个气相和一个或多个液相） 。这是因为当给定相同的速度分布时高密度流体的静压变化大于低密度流体。如果相对压力为零的区域出现在压力变化小的区域，将比压力变化出现在大的非零值的区域带来少的计算量。例如，在包含空气和水的系统，参考压力的位置选在充满空气的区域而不选在充满水的区域是非常重要的。 Pressure Interpolation Scheme 对所有的 VOF 计算，你应当使用 body-force-weighted pressure interpolation scheme or the PRESTO! scheme. Solve Controls Solution. Discretization Scheme Selection for the Implicit and Euler Explicit Formulations 当 the implicit or Euler explicit scheme 使用时，为了提高相间界面的清晰度（sharpness）你应当采用 second-order or QUICK discretization scheme 为 volume fraction equations。 Solve Controls Solution. Pressure-Velocity Coupling and Under-Relaxation for the Time-Dependent Formulations 设置求解器的另一个变化是在你使用的速度压力耦合方案和欠松弛因子中。 通常瞬变流计算建议采用 PISO 方案。使用 PISO 时允许增加所有欠松弛因子的值，而不会减弱解的稳定。通常你能增加所有变量的欠松弛因子到 1 并且能达到预期的稳定和收敛速度 （要求每一时间步内用较少的迭代次数） 。对于在四边形和三角形网格上的计算，用 PISO 方案时为了提高稳定性建议为压力选欠松弛因子为 0.7-0.8。 Solve Controls Solution. 当用 FLUENT 进行任何模拟时，如果欠松弛因子设置为 1 时，解出现不稳定、发散行为，欠松弛因子必须减小。提高稳定性的另一个方法是减小时间步长。 Under-Relaxation for the Steady-State Formulation 如果你使用稳态隐式的VOF方案， 为了提高稳定性， 所有变量的欠松弛因子应设置在0.20.5之间。VOF 模型 对 VOF 计算你可以产生如下所列项目的图象显示和数据汇报： Volume fraction of phase-n (in the Phases. category) Density of phase-n (in the Density. category) Molecular Viscosity of phase-n (in the Properties. category) Thermal Conductivity of phase-n (in the Properties. category) Specific Heat of phase-n (in the Properties. category) Enthalpy of phase-n (in the Temperature. category) Total Enthalpy of phase-n (in the Temperature. category) Total Energy of phase-n (in the Temperature. category) Internal Energy of phase-n (in the Temperature. category) The non-phase-specific variables that are available (e.g., Molecular Viscosity a n d Thermal Conductivity) represent mixture quantities. The thermal quantities listed above will be available only for calculations that include the energy equation.20.8.2 显示单相的速度矢量（Display Velocity Vectors for Individual Phases） 对混合和欧拉计算，使用 Vector panel 显示单相的速度矢量是可能的。 Display Vectors. 为了显示特殊相的速度矢量，在 Vector Of下拉列表中选 phase-n Velocity(这里 phase-n 被感兴趣相的名字所代替，例如，air-bubbles Velocity)。你也可选 Relative phase-n Velocity 来显示相对于移动参考体系的相的速度。为了显示混合相速度 m v（仅与混合模型的计算相关） ，选择 Veloci ty（or Relative Velocity for the mixture velocity relative to a moving reference frame.） 20.8.3 报告单相的流量（Report Fluxes for Individual Phase） 当你使用 Flux Reports panel 计算通过边界的流量时，你应该指出报告是对混合相的还是对单相的。 Report Fluxes. 选择 mixture 在Phase 下拉列表中在面板底部来报告混合相流量， 或者选择相的名字来报告所选相的流量。 20.8.4 报告单相在壁面上的力（Reporting Forces on Walls for Individual Phase） 对欧拉计算，当你使用 Force Reports panel 来计算力或壁面边界上的动量时，你应当指定你想要为之计算力的单相。 Report Forces. 在面板左边的 Phase 下拉列表中选择你所要选的相的名字。 20.8.5 报告单相的流量比率(Reporting Flow Rates for Individual Phase) 63你可以使用 report/mass-flow text 命令来获得每一相（或混合相）通过每一流动边界上的质量流量比率。 report mass-flow 当你指定感兴趣的相（混合相或者单相） ，FLUENT 将列出每个区域，区域后面跟着是所指定相质量流率所通过的区域。举例如下： /report mf (mixture water air) domain id/name mixture air zone 10 (spiral-press-outlet): -1.2330244 zone 3 (pressure-outlet): -9.7560663 zone 11 (spiral-vel-inlet): 0.6150589 zone 8 (spiral-wall): 0 zone 1 (walls): 0 zone 4 (velocity-inlet): 4.9132133 net mass-flow: -5.4608185如果你选的是 VOF 模型，输入如下： number of phases VOF formulation (see Section 20.6.4) (optional) implicit body force formulation (see Section 20.6.11) 20.6.4 选择 VOF 公式（Selecting the VOF Formulation） 为了指定使用的 VOF 公式，在 Multiphase Model panel中 VOF Parameters下选择合适的 VOF Scheme。 FLUENT 中可用的 VOF 公式如下： 1 Time-dependent with the geometric reconstruction interpolation scheme:当 VOF 解中对时间精确的瞬态行为感兴趣时，应当选这个公式。 为了使用这个公式，选Geo-Reconstruct（default）作为 VOF Scheme。FLUENT 将自动为时间打开非稳态公式和一阶离散格式在 Solver panel. 2 Time-dependent with the donor-acceptor interpolation scheme：如果你的网格中包含很多扭曲（twisted）的 hexahedral cells，建议你使用这个公式代替 time-dependent formulation with the geometric reconstruction scheme。在这种情况下，选用 the donor-acceptor scheme能得到更精确的结果。 使用这个公式，选 Donor-Acceptor as the VOF Scheme。FLUENT 将自动为时间打开非稳态公式和一阶离散格式在 Solver panel. 3 Time-dependent with the Euler explicit interpolation scheme：由于 the donor-acceptor scheme仅对quadrilateral and hexahedral网格有效， 它不能用于hybrid mesh containing twisted hexahedral cells。这种情况下，你应使用 the time-dependent Euler explicit scheme。这个公式也能用在 the geometric reconstruction scheme不能给出满意结果的其它情形时，否则流动的计算变得不稳定。 使用这个公式，select Euler Explicit as the VOF Scheme。FLUENT 将自动为时间打开非稳态公式和一阶离散格式在 Solver panel. 当 the Euler explicit time-dependent formulation比the geometric reconstruction scheme有更少的计算耗费时，相间的界面不在象用 the geometric reconstruction scheme 预测的一样明显。为减少这种扩散，建议为体积份额方程选用二阶离散格式。另外，为了获得更清晰的界面，在用 the implicit scheme 计算之后，你可以考虑返回来用 the geometric reconstruction scheme。 4 Time-dependent with the implicit interpolation scheme:如果你要寻找稳态解和中间的瞬态行为不感兴趣，但是最终的稳态解独立于初始流动条件/或者你不让每相有明显的 inflow boundary, 可以使用这个公式。 32使用这个公式，select Implicit as the VOF Scheme, and enable an Unsteady calculation in the Solver panel (opened with the Define/Models/Solver. menu item). ！ ！上面为 the Euler explicit time-dependent formulation 讨论的结果也适用于 the implicit time-dependent formulation。为了提高相界面的清晰度，你应慎重考虑以上所述。 5 Steady-state with the implicit interpolation scheme：如果你要寻找稳态解和中间的瞬 态行为不感兴趣，并且最终的稳态解不被初始流动条件影响而每相有明显的 inflow boundary,这个公式可以使用。 使用这个公式，select Implicit as the VOF Scheme. ！ ！上面为 Euler explicit time-dependent formulation讨论的结果也适用于 the implicit steady-state formulation。为了提高相界面的清晰度，你应慎重考虑以上所述。 ！ ！ 对于 the geometric reconstruction 和 donor-acceptor schemes， 如果你使用了 conformal grid（也就是，在两个子边界相交的边界上网格节点的位置是一样（identical）的） ，你必须保证在这个区域内没有双边（0 厚度）壁面。如果有，你必须 split them, as described in Section 5.7.8.20.6.8为 VOF 模型定义相（Defining Phases for the VOF Model） 在 VOF 计算中为主相和第二相指定必要的信息和它们的相互作用的说明由下面给出。 ！ ！通常，你可以你喜欢的任何方式指定主相和第二相。考虑你的选择如何影响问题的设置是一种很好的主意，特别是在复杂的问题中。例如，对区域一部分中的一相， 34如果你计划 patch 其初始体积份额为 1，指定这个相为第二相更方便。同样，如果一相是可压缩的，为了提高解的稳定性，建议你指定它为主相。 ！ ！记住，只能有一相是可压缩的。确定你没有选择可压缩材料（也就是对密度使用可压缩理想气体定律的材料）为多于一相的。See Section 20.6.16 for details.如在 Section 20.2.8 中讨论的，表面张力影响的重要性取决于毛细管数 Ca(defined by Equation 20.2-16)的值，或者 Weber number ,We(defined by Equation 20.2-17).如果Ca1 或者We1，表面张力的影响可以忽略。 ！ ！注意如果你在表面张力有重大影响的计算区域内使用四边形或六边形网格，表面张力影响的计算会更精确。如果你在整个区域内不使用四边形或六边形网格，那么你应当使用在影响区域内用四边形或六边形的混合网格。 包含沿着一对或多对相界面上表面张力（and, if appropriate, wall adhesion） ）的影响，遵循以下步骤： 1 Turn on the Surface Tension option. 2 如果你想包含壁面黏附的，turn on the Wall Adhesion option. (When Wall Adhesion is enabled, you will need to specify the contact angle at each wall as a boundary condition (as described in Section 20.6.14.) 3 对于你想包含表面张力影响的每一对相，指定一个常数表面张力系数。默认情况，所有表面张力系数都为零，表示沿着两相界面上没有表面张力。 ！ ！对于涉及到表面张力的计算，建议你在 Multiphase Model panel 中为Body Force Formulation打开 Implicit Body Force。这样做由于压力梯度和动量方程中表面张力的部分平衡，从而提高了解的收敛性。详细内容见 Section 22.3.3. 20.6.11 Including Body Force(包含体积力) 在许多情况下，相的运动部分是由于重力的影响。为了包含这个体积力，应在 Operating Conditions panel 下选择Gravity 并且指定 Gravitational Acceleration. Define Operating Conditions. 对于 VOF 计算，你应当在 Operating Conditions panel 下选择 Specified Operating Density,并且在 Operating Density 下为最轻相设置密度。（这种排除了水力静压的积累，提高了 round-off 精度为动量平衡） 。 如果任何一相都是可压缩的， 设置 Operating Density为零。 ！对于涉及体积力的 VOF 和 mixture 计算，建议你在 Multiphase Model panel 下为Body Force Formulation 选择 Implicit Body Force.这种处理通过解决压力梯度和动量方程中体积力的部分平衡提高了解的收敛。 20.6.12为 VOF 模型设置时间依赖参数 在 FLUENT 中，如果你使用依赖时间的 VOF 公式，volume fraction 的一个隐式解或者在每一个时间补或者在每一迭代次数上获得，主要取决你输入的模型。你也可以控制时间步用于volume fraction 的计算。 计算一个依赖时间的VOF解， 你必须在Solver面板下选择Unsteady （选择合适的Unsteady Formulation, as discussed in section 22.15.1） 。 如果你选择了 Geo-Reconstruct, Donor-Acceptor, or Euler Explicit 格式。FLUENT 将自动为你打开 first-order不稳态公式，因此你自己不必再访问 Solver 面板。 Define Models Solver. 在 Multiphase Model 面板中，对于时间依赖的计算有两种输入： 默认情形，FLUENT 将求解 volume fraction 方程一次在每一时间步上。这意味着出现在其他输运方程中的对流流量系数不必在每一迭代层次上完全更新，因为 volume fraction field 在两次迭代之间不改变。 如果你想让 FLUENT 在一个时间步的每一迭代步上求解一次 volume fraction equation,应在 VOF Parameters 打开 Solve VOF Every Iteration。当 FLUENT 每次迭代是求解这些方程时，其他输运方程的对流流量系数将会在基于每次迭代更新 volume fraction 的基础上更新。 通常，当其他流动变量在每一时间步收敛时如果你预计接触面的位置将发生变化，你应当选择 Solve VOF Every Iteration. 例如，当采用大的时间步长并希望达到稳态解，这种情形就会发生。如果采用小的时间步长，在每一迭代上执行求解 volume fraction的额外的工作是不必要的。因此你可以让这些选项关闭。在两种选择中这种更可靠，并且在每一时间步上需要更少的计算付出与第一中选择相比。 45！如果你使用的是滑动网格（sliding meshes）,使用Solve VOF Every Iteration会得到精度更高的结果，但是得付出更多的计算代价。 当 FLUENT 执行时间依赖的 VOF 计算，用于 volume fraction 计算的时间步长不必和用于其他输运方程的时间步长相同。 FLUENT 将会自动地为 VOF 调整时间步长，基于你为靠近自由表面输入的允许的最大 Courant Number. Courant Number 是一个无量纲数，它是与计算流体单元通过控制容积的时间特性的时间步长的比值： 在流体接触面附近的区域，FLUENT通过外出流量的和分开各个单元的控制容积。作为结果的时间代表了流体流出控制单元变为空所用的时间。这些时间中最小的作为流体单元通过控制容积的特性时间，如上所述。基于这个时间和你输入的允许的最大的 Courant Number,在使用 VOF 计算时时间步被计算出来。例如，如果最大允许的 Courant number是 0.25（默认），时间步长将会至多被选为任何靠近接触面的的最小通过时间的四分之一。 注：当采用隐式的求解方案时，这些输入是不要求的。 20.6.16 可压缩 VOF 和Mixture 模型计算的输入 如果你使用的是 VOF 或mixture 模型为可压缩流动，注意如下： 只有相中的一个是可压缩的（也就是只有一相材料的密度你可以选用理想气体定律）。 如果你使用的是 VOF 模型，由于稳定性的原因，如果主相是可压缩的会更好（尽管是不需要的）。 如果你在边界上指定总压力（也就是 pressure inlet or intake fan），在那个边界上的具体的温度值对于可压缩相将会使用 total temperature，而对其他相使用 static temperature(它们是不可压缩的)。 压力-速度耦合 使用连续性方程的离散一节中的方程 5 来实现压力速度耦合，从而从离散连续性方程（连续性方程离散一节中的方程 3）推导出一个压力方程。FLUENT 提供了三种可选的压力速度耦合算法：SIMPLE，SIMPLEC 和 PISO。关于这些算法的选择请参阅选择压力速度耦合方法一节。 SIMPLE SIMPLE 算法使用压力和速度之间的相互校正关系来强制质量守恒并获取压力场。 如果用猜测压力场 p*来解动量方程，从连续性方程离散一节中的方程 5所得到的表面流量 J*_f为： () *1*0* * c c f f fp p d J J + = 它并不满足连续性方程。因此将校正项 J_f 加入到表面流速 J*_f中来校正质量流速 J_f：f f fJ J J + = * 此时满足了连续性方程。SIMPLE 假定 J_f 写成如下形式： () 1 0 c c f fp p d J = 其中 p是单元压力校正。 SIMPLE 算法将流量校正方程（方程3 和5）代入到离散连续性方程（连续性方程的离散一节中的方程 3）从而得到单元内压力校正 p的离散方程。 + = nbnb nb P b p a p a 其中，源项 b 是流入单元的净流速。 =faces NffJ b * 压力校正方程（方程 7）可以用代数多重网格一节中所介绍的代数多重网格方法来解。一旦得到解，使用下面的方程校正单元压力和表面流动速度： p p p p + = * () 1 0*c c f f fp p d J J + = 在这里，a_p是压力亚松驰因子（请参阅亚松驰方面的介绍） 。校正后的表面流速 J_f在每一部迭代中同一地满足离散连续性方程。 SIMPLEC 基本 SIMPLE 算法的很多变量都可以在相关文献资料中查到。除了 SIMPLE 算法之外，FLUENT 还提供了 SIMPLEC (SIMPLE-Consistent)算法164。SIMPLE 算法是默认的，但是对于很多问题如果使用 SIMPLEC 可能会更好一些，具体可以参阅 SIMPLE 与 SIMPLEC 的比较一节。 SIMPLEC 程序和 SIMPLE 程序相似。两种算法所使用的表达式唯一的区别就是表面流动速度校正项。和 SIMPLE 中一样，校正方程可写为： () 1 0*c c f f fp p d J J + = 但是系数 d_f重新定义为： = nbnb f fa ap A d 2 可以看出，在压力速度耦合是得到解的主要因素时，使用修改后的校正方程可以加速收敛。 PISO 压力隐式分裂算子(PISO)的压力速度耦合格式是 SIMPLE 算法族的一部分， 它是基于压力速度校正之间的高度近似关系的一种算法。SIMPLE 和 SIMPLEC 算法的一个限制就是在压力校正方程解出之后新的速度值和相应的流量不满足动量平衡。 因此必须重复计算直至平衡得到满足。为了提高该计算的效率，PISO 算法执行了两个附加的校正：相邻校正和偏斜校正。 PISO算法的主要思想就是将压力校正方程69中解的阶段中的SIMPLE和SIMPLEC算法所需的重复计算移除。经过一个或更多的附加 PISO循环，校正的速度会更接近满足连续性和动量方程。这一迭代过程被称为动量校正或者邻近校正。PISO 算法在每个迭代中要花费稍多的 CPU 时间但是极大的减少了达到收敛所需要的迭代次数，尤其是对于过渡问题，这一优点更为明显。 对于具有一些倾斜度的网格， 单元表面质量流量校正和邻近单元压力校正差值之间的关系是相当简略的。因为沿着单元表面的压力校正梯度的分量开始是未知的，所以需要进行一个和上面所述的 PISO 邻近校正中相似的迭代步骤51。初始化压力校正方程的解之后，重新计算压力校正梯度然后用重新计算出来的值更新质量流量校正。 这个被称为偏斜矫正的过程极大的减少了计算高度扭曲网格所遇到的收敛性困难。PISO 偏斜校正可以使我们在基本相同的迭代步中，从高度偏斜的网格上得到和更为正交的网格上不相上下的解。 多相流中强体积力的特定处理 当多项流中存在较大的体积力（如：重力或者表面张力） ，动量方程中的体积力项和压力梯度项几乎是平衡的，相比较来说，对流项和粘性项的贡献就较小了。除非考虑压力梯度和体积力的局部平衡，否则分离算法的收敛性会很差。FLUENT 提供了一种可选的隐式体积力处理，这种处理考虑了上面所说的影响从而使得解更具有鲁棒性。 基本的程序是将包含体积力的校正项增加到表面流动校正方程中（SIMPLE 中的方程13） 。这样，SIMPLE 中的方程 9 就多了一个额外的体积力校正项，从而使得流动在迭代过程中提早得到真实的压力场。 这一选项只在多项流计算中使用，但是在默认情况下是关闭的。设定多相流计算的说明中包括了打开隐式体积力处理的说明，具体可以在以下几节中找到相关说明：在 VOF 计算中包括体积力，在气穴计算中包括体积力，在代数滑移混合计算中包括体积力。 除此之外，通过使用体积力的亚松驰因子，FLUENT 允许你控制体积力中的变化。 求解器使用概述 当你确定了模型和求解器（参阅使用求解器形式一节） ，你就可以运行求解器了。下面是你可以参阅的一般步骤： 1. 选择离散格式，如果使用分离求解器，你还可以选择压力插值格式（见选择离散格式一节） 。 2. （只用于分离求解器）选择压力速度耦合方法（参阅选择压力速度耦和方法一节） 。 3. 设定亚松驰因子（见设定亚松驰因子一节） 。 4. （只用于耦合显式求解器）打开 FAS 多重网格（见打开 FAS 网格一节） 。 5. 对求解器设定作任何附加的修改，具体的修改可以参阅介绍你所使用的模型的相关章节。 6. 初始化解（参阅初始化解一节） 7. 激活适当的解监视器（参阅监视解的收敛一节） 。 8. 开始计算（参阅执行计算一节） 。 9. 如果出现收敛性问题，请尝试收敛性和稳定性一节中所讨论的方法。 选择压力插值格式 如压力插值格式所述，当使用分离求解器时我们可以采用很多压力插值格式。对于大多数情况，标准格式已经足够了，但是对于特定的某些模型使用其它格式可能会更好： z 对于具有较大体积力的问题，推荐使用体积力加权格式。 z 对于具有高涡流数，高 Rayleigh 数自然对流，高速旋转流动，包含多孔介质的流动和高度扭曲区域的流动，使用 PRESTO!格式。 注意：PRESTO!只能用于四边形或者六面体网格。 z 对于可压流动推荐使用二阶格式。 z 当其它格式不适用时，使用二阶格式来提高精度（如：对于流过具有非六面体或者非四边形网格的曲面边界的流动）如果你使用分离求解器，在离散框中的压力后面的下拉列表中选择压力插值格式。你可以选择标准、线性、二阶、体积力权重或者（只用于四边形或六面体网格）PRESTO!。 选择压力速度耦合方法 在分离求解器中，FLUENT 提供了压力速度耦和的三种方法：SIMPLE，SIMPLEC 以及PISO。 定常状态计算一般使用SIMPLE或者SIMPLEC方法， 对于过渡计算推荐使用PISO方法。PISO 方法还可以用于高度倾斜网格的定常状态计算和过渡计算。需要注意的是压力速度耦合只用于分离求解器，对于耦合求解器你不可以使用它。 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，压力校正亚松驰因子通常设为 1.0，它有助于收敛。但是，在有些问题中，将压力校正松弛因子增加到1.0 可能会导致不稳定。对于这种情况，你需要使用更为保守的亚松驰或者使用 SIMPLE 算法。对于包含湍流和/或附加物理模型的复杂流动，只要用压力速度耦合做限制，SIMPLEC会提高收敛性。它通常是一种限制收敛性的附加模拟参数，在这种情况下，SIMPLE 和SIMPLEC 会给出相似的收敛速度。 PISO 对于所有的过渡流动计算，强烈推荐使用 PISO 算法邻近校正。它允许你使用大的时间步，而且对于动量和压力都可以使用亚松驰因子 1.0。对于定常状态问题，具有邻近校正的PISO并不会比具有较好的亚松驰因子的 SIMPLE 或 SIMPLEC 好。 对于具有较大扭曲网格上的定常状态和过渡计算推荐使用 PISO倾斜校正。 当你使用 PISO邻近校正时，对所有方程都推荐使用亚松驰因子为 1.0 或者接近 1.0。如果你只对高度扭曲的网格使用 PISO 倾斜校正，请设定动量和压力的亚松驰因子之和为 1.0（比如：压力亚松驰因子 0.3，动量亚松驰因子 0.7） 。如果你同时使用 PISO 的两种校正方法，推荐参阅 PISO邻近校正中所用的方法。 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。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。设定解的限制 为了控制极端条件下解的稳定性，FLUENT 提供了保持解在某一个可接受范围内的限制。你可以用解限制面板（下图）来控制这些限制。菜单：Solve/Controls/Limits.。FLUENT 对压力、温度和湍流量应用了限制值。这些限制的目的就是为了保证在计算中，绝对压力或者温度不是零、负值或者过大，并保证湍流量不会过大。FLUENT 还对温度的减小速度作了限制，以避免温度变为零或者负值。 注意：一般说来你不需要改变默认的解的限制。如果压力，温度或者湍流量被重复地重置到限制值，控制台窗口就会出现适当的警告消息，此时你需要检查尺寸，边界条件和属性以确保问题的设定正确，并找出问题中变量为零或如此之大的原因。你可以用标记功能（用于适应中标记单元）来辨别哪个单元的值等于所设定的限制。 （用等值适应面板，具体参阅等值适应一节。 ）在很稀少的情况下，你可能需要改变解的限制，但是如果要这样做的话，你必须清楚求解器会有这种非常情况的原因。比方说，你可能知道流域内温度超过 5000K。如果你要将温度的极限设置超过 5000K， 要确定任何温度相关属性对于这么高的温度都被适当的定义。 Patching Values in Selected Cells 一旦你初始化或者计算了全流场，你就可以为不同单元中特定的变量修补不同的值。例如，如果你有多重流体区域，你可能想要在不同的区域修补不同的温度值。你也可以选择修补自定义流场函数（用自定义流场函数计算面板定义的）而不是修补一个常数值。如果你修补速度，你可以标明所指定的值是绝对速度或者相对于单元区域的速度。所有的修补操作都在下面的面板中进行。菜单：Solve/Initialize/Patch.。1. 在变量列表中选择要修补的变量。 2. 在Zones To Patch和/或Registers To Patch列表中选择你想要对所选变量修补数值的一个或多个区域和/或寄存器。 3. 如果你想要简单的修补一个常数值，只需要在数值框中输入相应数值就可以了。如果你想要修补先前定义的流场函数， 请打开使用流场函数选项然后在流场函数列表中选择适当的函数。 4. 如果你在变量列表中选择了速度，而且你的问题包括移动参考系或者滑动网格，你可以在参考系框中选择绝对或者相对于单元区域来标明你所修补的速度是绝对速度还是相对于所选择的每一个单元区域的运动的速度（如果所解决的问题中没有区域运动，这两个选项是等价的）FLUENT 中默认的速度修补参考系是相对参考系。如果解在你的大多数区域中是旋转的，使用相对选项可能比绝对选项更好一些。 5. 点击修补按钮更新流场数据（注意：修补不会对迭代或者时间步计数有影响） 。 使用寄存器 在单元寄存器中进行修补可以使我们灵活的在一个单元区域内修补不同的值。例如，你可能对某一组分只在具有特定浓度范围的流体单元内修补某一个特定值。 你可以用适应中用于标记单元的功能创建一个单元寄存器（基本上是单元的一个列表） 。这些功能允许你在物理位置，单元体积，梯度或者某一特定变量的等值线以及其它参数的基础上标记单元。关于适应中标记单元的信息请参阅网格适应一章。 管理适应寄存器提供了关于操纵不同的寄存器创建新的寄存器的相关信息。一旦你创建了一个寄存器，你就可以用在选择的单元中修补数值一节中所介绍的方法来修补数值。 监视解的收敛 在解算过程中，我们可以通过检查残差、统计、力的数值和曲面积分等参数来动态监视收敛性。我们可以以报告的方式或者图表的方式输出解变量的参数，具体可以处理的参数包括升力、阻力、力矩系数、曲面积分和残差。对于非定常流动，我们还可以监视已经过去的时间。下面具体介绍一下每一个监视的功能。 监视残差 在每一步迭代之后，求解器就会将每一个守恒变量的残差计算出来并保存，这样就相当于记录了收敛的历史。 求解器会将这些历史记录保存在数据文件中。 至于残差是如何定义的，需要注意哪些问题，请参阅下面两节：分离求解器残差的定义、耦合求解器残差的定义。 如果假定计算机