连续方程式（质量守恒） — 故障排除指南
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连续方程式（质量守恒） — 故障排除指南
故障排除
与质量守恒相关的CFD问题有哪些？
连续方程式残差无法降低的问题是CFD中最常见的故障。
常见问题和对策
1. 连续方程式残差无法降低
症状：continuity残差在$10^{-1}$〜$10^{-2}$停滞。
可能原因和对策：
| 原因 | 诊断方法 | 对策 |
|---|---|---|
| 网格质量不良 | 检查正交质量<0.1的单元 | 修复网格 |
| 松弛系数不适当 | 压力松弛系数过低 | SIMPLE：从压力0.3、动量0.7开始 |
| 初始条件不适当 | 速度场非物理 | 提供良好的初始值 |
| 边界条件不一致 | 入口流量与出口条件矛盾 | 重新检查BC |
2. 局部质量泄漏
总体质量收支相平衡，但有时局部会出现奇怪的值…
症状：流体看起来像是从壁面漏出。
原因：非正交修正不足。在非结构化网格中，面法向矢量与单元中心间矢量存在偏差，面通量需要修正。
对策：
- 如果使用Fluent，增加非正交修正器（默认0→2〜3）
- 如果使用OpenFOAM，在fvSolution中设置
nNonOrthogonalCorrectors 2;
3. 可压缩流中的质量守恒异常
症状：激波附近的质量通量振荡。
对策：使用 TVD（Total Variation Diminishing）方案或限制器。Fluent中使用Second Order Upwind + Gradient Limiter，OpenFOAM中使用vanLeer或Minmod限制器。
4. 非稳态计算中的质量累积
非稳态计算中，质量随时间逐渐偏差…
原因：每个时间步的收敛不足（内部迭代不够）。
对策：
- 增加每个时间步的内部迭代次数（20次以上）
- 在残差充分降低后再进行下一个时间步
- 减小时间步长（降低CFL数）
连续方程式的残差是判断计算是否进行顺利的最基本的指标呢。
完全正确。即使其他残差再低，如果continuity没有收敛，结果也不可信。养成首先检查continuity残差的习惯。
Coffee Break 杂谈
"质量凭空产生"故障的排查方法
CFD计算完成后，查看质量收支报告时发现"入口100 kg/s，出口98 kg/s"——2 kg/s消失了。这样的情况遇到过吗？常见原因是①周期边界条件设置错误、②滑移边界处流体"穿过"壁面、③补丁连接处的网格不整合。反过来，"出口大于入口"的情况说明内部意外产生了源项。诀窍是"首先按面逐个写出流量"。逐个追踪哪里出现了质量增减，这是这类故障排除的标准做法。
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