FLUENT不收敛案例边界层分离时湍

今天分享一个FLUENT计算不收敛的案例及其解决办法。计算的对象是一个文丘里管，如图所示，入口直径为28mm，出口直径为50mm。计算所用的网格如图2所示，采用四面体非结构网格，但壁面附近采用棱柱网格以更好地分辨边界层的流动注。

(a)三维图

(b)截面图

图计算的文丘里管。

图2网格

流动的工质为空气，由于流动马赫数很低，采用不可压缩流体模型，密度=.kg/m3，粘性系数=.×0-5Pa·s。入口边界条件为：总压=Pa，湍流强度=3%，水力直径=28mm。出口边界条件为：静压=0Pa。注意上面所说的压力都是表压力而不是绝对压力（绝对压力=表压力+参考压力。在FLUENT里面参考压力通过设置“operatingpressure”来改变。）湍流模型采用k-ωSST。

用基于压力的求解器，压力与速度的耦合方法为“Coupled”。动量方程的空间离散采用二阶迎风格式，湍流方程采用一阶迎风格式（图3）。

图3计算方法及离散格式。

采用定常（Steady）算法计算发现，随着迭代次数的增加，文丘里管入口、出口的流量总是在波动，不能收敛到确定的数值（图4）。残差曲线如图5所示，可以看出绝大部分方程的残差都远没有达到默认的收敛标准（e-3）。修改求解过程控制参数，例如松弛因子（RelaxationFactors）、CourantNumber等等，都没有明显效果。

图4流量随着迭代次数增加的波动。

图5残差曲线。

是什么原因导致不收敛呢？通过画出流线图（图6），可以发现文丘里管的扩张段发生了边界层分离，即流动不再依附于壁面。根据以往的经验（读者可以阅读







































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