自然对流的CFD分析 — 收敛困难与验证的实际
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定常计算无法收敛
自然对流的定常计算中残差振荡且无法收敛。
自然对流中经常会发生物理上非定常的流动。残差振荡意味着"定常解不存在"。$Ra > 10^8$（密闭腔体）或 $Ra > 10^9$（竖直平板）应切换为非定常计算。
有在定常计算下收敛的技巧吗？
(1) 启用Fluent的Pseudo Transient设置。(2) 大幅降低under-relaxation factors（压力0.2、动量0.3左右）。(3) 用First Order Upwind初步收敛后再切换到Second Order。但这些只是人为定常化，需验证物理合理性。
Nu数与de Vahl Davis基准值不符
差分加热腔体中 $Ra = 10^6$ 的Nu数为6.5，不是基准值8.8。
很可能网格太粗。在 $Ra = 10^6$ 时，壁面附近的边界层极薄，非均匀网格中过厚的壁面第一层会低估热流。应调整网格使壁面法向至少20层，第一层厚度小于边界层的1/10。
细化网格后Nu数变为8.6，还差2%。
检查是否使用了Second Order Upwind。First Order会因数值扩散导致Nu数偏低。另检查Boussinesq模型的参考温度 $T_0$ 是否设为高温壁和低温壁平均温度。参考温度设置不当会影响Nu数。
加入辐射模型后结果大幅变化
加入辐射模型后Nu数增加了50%。这合理吗？
检查壁面发射率（emissivity）的设置。金属光面为 $\varepsilon \approx 0.1$，涂漆面为 $\varepsilon \approx 0.9$。默认的 $\varepsilon = 1.0$（完全黑体）会过估辐射。应根据实际壁面材料调整设置。
与实验对比时，应该加入辐射吗？
需要确认实验数据报告的是仅对流分量的Nu数，还是包括辐射的总热传递。大多数实验未能分离辐射，所以CFD中也应包含辐射一起对比较为合理。
自然对流CFD无法收敛——浮力主导流动的典型陷阱
自然对流CFD经常面临"收敛困难"和"残差振荡"的困扰。主要原因是浮力与流动的强非线性耦合。典型失败案例：①从静止状态（零速度）开始定常计算时，浮力产生的流速增长过快导致发散——解决方法是将松弛因子设为0.1~0.3，逐步启动。②用粗网格尝试定常分析——自然对流常本质上是非定常振荡流（Ra>10⁸时进入湍流转变），定常假设本身就不成立。③重力方向设置错误——ANSYS中默认重力为零，导致浮力完全不起作用。启动前必须检查重力矢量设置。
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