收敛标准的判定

CFD技术发展到今天已经逐渐成为多个领域的主要产品研发⼿段，如航空航天、船舶、汽车等，那么在使⽤的过程中，暴露的问题也越来越多，之前有不⽌⼀个⼯程师问过我这样的问题：究竟计算到什么程度才算收敛？我的计算结果可信吗？

残差曲线到⼀定程度就不在下降了，我的设置是不是有问题啊？……

其实这些问题总结起来是⼀个问题：CFD计算的收敛标准是什么。

今天这期博⽂我们以PumpLinx瞬态计算为例谈⼀谈这个问题，收敛标准并不是由⼀个准则就可以衡量决定的，⽽是由多个准则共同确定的，注意，下⾯所列没有选后顺序。

1、残差曲线残差曲线。PumpLinx收敛曲线的数量与所选流动模型有关，下图为某案例的残差曲线，分别调⽤流动模型以及空化模型，软件通过求解相应公式进⾏数值分析，下图中的压⼒和速度曲线对应着流动模块，即求解N-S⽅程，⽓体质量分数曲线对应着空化模型，即求解空化⽅程，模型流场稳定后，残差曲线应均能达到收敛精度。

2、质量守恒质量守恒。众所周知，CFD计算满⾜三⼤守恒定律，质量守恒就是其中的⼀个，对于⽜顿流体⽽⾔，可以将质量守恒作为收敛的评判标准之⼀，模型计算稳定之后，对每⼀个时间步长⽽⾔，如果进出⼝⽮量和除以模型总质量流量能够达到1%以内或者是在0附近波动的话，我们认为计算已经收敛。

3、 监测曲线。可以在模型的某些位置设置监测点或者监测⾯，通过监测该点或⾯的属性（如压⼒、流量、速度等）来评判是否收敛，如果仿真已经收敛，所监测的属性曲线应为⼀条波动幅值较⼩或者是周期性波动的曲线，下图为加权后的出⼝体积流量曲线。

如果以上三条准则均满⾜，那么计算模型已经收敛，计算结果具有⼀定的参考性；如果只第⼆条和第三条满⾜，⽽残差曲线并没有完全达到收敛精度要求，那么也可以认为计算收敛了，结果也是可信的；但是如果第⼆条和第三条有⼀条不满⾜，那么这个计算是失败的，即使有计算结果也是不可信的。接下来⼯程师需要去查找导致这⼀失败的原因，下期博⽂我们会讲到，欢迎⼤家继续关注。qq交流群：104418569

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