混合对流 — 浮力流CFD的典型问题和解决方案

浮力流是初始条件偏离过大时，速度场会急剧变化而容易发散。请尝试以下步骤。(1) 首先关闭重力进行等温流场收敛。(2) 打开重力并逐步增加温度差（如果是Fluent则使用Patch函数设置温度）。(3) 使用伪瞬态或非稳态计算稳定化。

添加密度的under-relaxation并设置为约0.8（在Fluent中，通常1.0是默认值，不显示在列表中。在Solution > Methods > Under-Relaxation Factors中添加Density）。还应该将Body Force的under-relaxation降低到约0.8。

浮力效应可能未在模型中反映。检查点：(1) 重力向量的方向是否正确。(2) 密度是常数还是Boussinesq或理想气体。(3) 运行密度或参考密度是否设置得当。(4) 是否启用了完全浮力效应。

如果Ri数非常低（$Ri < 0.01$），浮力效应基本可以忽略，对称是正常的。如果$Ri > 0.1$时仍对称，初始条件可能完全对称，浮力引起的扰动在数值上无法发展。应该添加轻微的非对称初始扰动（温度场中约0.1度的随机噪声），或者切换到非稳态计算。

浮力流在某些情况下不存在稳态解。首先确认Rayleigh数。$Ra > 10^8$左右（密闭腔体情况）时，流动本质上是非稳态的。应该切换到buoyantPimpleFoam进行非稳态计算，然后取时间平均，这是正确的方法。

根据浮力流的特征速度 $u_{buoy} = \sqrt{g \beta \Delta T L}$ 和网格单元尺寸 $\Delta x$ 设置CFL数使其小于1。如果可以使用自适应时间步长，设置MaxCo为0.5左右并自动调整是最好的。在OpenFOAM的controlDict中设置adjustTimeStep为yes，并指定maxCo即可。