ANSYS Fluent压力基求解方法：详解

29.3.1. Choosing the Pressure-Velocity Coupling Method

ANSYS Fluent提供了四种压力基类型的分离求解算法：SIMPLE，SIMPLEC，PISO和（对于时间依赖型流动使用 Non-Iterative Time Advancement（NITA））分步算法（FSM）。这些方案称为基于压力的分离算法。稳态计算通常使用SIMPLE或SIMPLEC，而瞬态计算则建议使用PISO。对于高度倾斜歪斜的网格，PISO 仍可用于稳态和瞬态计算。在ANSYS Fluent中，使用 Coupled 耦合算法可实现完整的压力-速度耦合，因此被称为基于压力的耦合算法。

压力速度耦合仅与基于压力的求解器有关。

29.3.1.1. SIMPLE vs. SIMPLEC 算法

在ANSYS Fluent中，标准SIMPLE算法和SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法均可用。 SIMPLE是默认设置，但是使用SIMPLEC会带来很多问题，尤其是由于仿真中采用较大欠松弛程度带来的问题，如下所述。

对于相对简单的问题（没有启用其它模型的层流），其收敛受压力-速度耦合限制，您通常可以使用SIMPLEC更快地获得收敛的解决方案。使用SIMPLEC时，压力校正的松弛系数通常设置为1.0，这有助于加快收敛速度。但是在某些问题中，由于网格高度歪斜扭曲，将压力校正欠松弛增加到1.0可能导致不稳定。在这种情况下，您将需要使用一种或多种扭曲歪斜校正方案，建议使用稍微更保守的欠松弛值（最大为0.7）或使用SIMPLE算法。对于涉及湍流和/或其他物理模型的复杂流动，只受到压力-速度耦合的限制没有其它限制时SIMPLEC才能提高收敛性。如果压力-速度耦合只是平常限制收敛的众多建模参数中的一个则在这种情况下，SIMPLE和SIMPLEC将给出相似的收敛速度。

29.3.1.2. PISO 算法

对于所有瞬态流量计算，强烈建议使用带有邻域校正的PISO算法（请参阅《理论指南》中的PISO），尤其是当您要使用较大的时间步长时。 (对于使用LES湍流模型的，通常需要较小的时间步长，此时使用PISO可能会导致计算费用增加，因此应考虑使用SIMPLE 或 SIMPLEC 算法) 当时间步较大，动量和压力的亚松弛因子均为1.0时PISO算法仍可以维持一个稳定的计算。而对于稳态问题，与具有最佳欠松弛因子的SIMPLE或SIMPLEC算法相比，具有邻域校正的PISO不会提供任何明显的优势。

对于具有高度失真扭曲的网格，无论是稳态计算还是瞬态计算，都建议使用带扭曲歪斜校正的PISO算法。

使用PISO相邻校正时，对于所有方程式，建议使用1.0或接近1.0的欠松弛因子。如果对高度变形的网格仅使用PISO扭曲歪斜校正（不使用邻域校正），设置动量和压力的松弛松弛因子，使其总和为1（例如，压力为0.3，动量为0.7）。如果您想同时使用PISO的这两种校正方法，请遵循上述有关PISO相邻校正的松弛度建议。

对于大多数问题，没有必要禁用相邻校正和扭曲歪斜校正之间的默认耦合。但是，对于高度扭曲变形的网格，建议禁用相邻校正和扭曲歪斜校正之间的默认耦合。

29.3.1.3. Fractional Step Method

The Fractional Step method (FSM) 分步法在《ANSYS Fluent Theory Guide》中Fractional-Step Method (FSM)处有具体描述。当您选择使用NITA方案时可用该算法，（NITA即，"Solution Methods"任务页面中的 "Non-Iterative Time Advancement(非迭代时间推进)" 选项）。在NITA方案中，与PISO算法相比，FSM 的计算成本略低。选择FSM还是PISO取决于应用场合。对于某些问题(例如，使用VOF的模拟)，FSM 可能不如PISO稳定。

在大多数情况下，求解方法的默认值足以使由于网格扭曲歪斜而导致的内部压力校正子迭代稳健收敛。只有非常复杂的问题 (例如，移动变形网格，滑动界面，VOF模型) 才可能需要将压力松弛降低到0.7或0.8。

29.3.1.4. Coupled

从“压力-速度耦合”下拉列表中选择“Coupled (耦合算法)”表示您正在使用基于压力的耦合算法，该算法在理论指南的“耦合算法”中有描述。与基于压力的分离算法相比，该算法具有一定的优越性。基于压力的耦合算法对稳态单相流的实现具有更强的鲁棒性和有效性。但它不适用于使用非迭代时间推进选项(NITA)的情况。

注意：在某些使用多孔跳跃边界条件的情况下，Coupled 耦合算法方案可能会遇到收敛问题，不响应耦合求解器设置的变化。这种行为取决于特定的流动构型和多孔跳跃边界条件值。如果在使用多孔跳跃边界条件和耦合格式的情况下观察到收敛不稳定，建议将压力-速度耦合算法 Coupled 改为分离格式算法中的某个算法。

原文内容如下：

该文章翻译自 ANSYS 18.0 《ANSYS Fluent Users Guide》——29.3. Pressure-Based Solver Settings，作者是fluent初学者，根据自己的理解对原文内容进行翻译，如有错误之处，欢迎批评指正。