在利用Fluent + System Coupling + Mechanical处理双向流固耦合问题时，通常需要了解几个迭代概念。双向流固耦合问题计算量很大，若搞不清楚这些迭代数量的问题，胡乱设置一通的话，可能会导致整个计算量暴增。本文描述在FSI设置过程中涉及到的这些与计算量相关的迭代次数问题。

1 双向流固耦合中的迭代

如下图所示，双向流固耦合计算包含三层迭代：瞬态时间迭代、耦合迭代以及物理场的内迭代。

• Time Loop：瞬态时间迭代。该参数在System Coupling中进行设置。

• Coupling Loop：耦合迭代。指定在一个时间步长内流体求解器与固体求解器的数据交换次数。该参数在System Coupling中指定

• Field Loop：物理场迭代。在流体求解器和瞬态结构求解器中分别指定。

2 Time迭代

两个参数来控制时间迭代：

• End Time：指定总的计算时间。

• Step Size：指定时间步长。

总时间迭代次数为：

要计算的时间长度与计算需求有关，一般情况下不能随意设置。

时间步长与收敛性有关，还会影响到流体计算中的动网格更新，一般不能设置得过大。

注：当双向耦合计算提示流体计算出现负体积时，一方面可以检查动网格参数设置是否合理，另一方面可以在这里尝试减小时间步长。

3 Coupling迭代

Coupling迭代用于控制在一个时间步内流体求解器与结构求解器之间的数据交换次数。可在System Coupling中设置。

上图中Step Controls参数下设置Minimum Iterations与Maximum Iterations。

• Minimum Iterations：最小迭代次数

• Maximum Iterations：最大迭代次数

设置最小迭代次数与最大迭代次数，实际Coupling迭代次数由流体求解器与固体求解器的收敛性来决定，但最小迭代次数必须满足。

真实的流体迭代次数等于Coupling迭代次数与内迭代次数的乘积。

如设置耦合迭代次数为2~5，在Fluent中Run Calculation节点下设置Max Iterations/Time Step为20，若在一次耦合迭代中流体求解器未达到收敛，则会进入下一个耦合迭代接着计算，直至达到收敛。假如在第三次耦合迭代中达到收敛，则会停止流体计算，进入下一个时间迭代；若在第5次耦合迭代完毕后流体求解器仍未达到收敛，则依然会进入下一个时间迭代，但会在消息窗口中给出不收敛的警告信息。

友情提示：当流体求解器和结构求解器收敛性较好时，可适当降低耦合迭代的下限，比如将其设置为1，有助于缩短计算时间。

4 流体迭代

流体计算中与迭代次数相关的参数在模型树节点Run Calculation下。双击该节点，右侧设置面板中参数如图所示。

其中参数Time Step Size与Number of Time Steps并不起作用，真正双向耦合计算的时间步长和时间步数，是在System Coupling中指定的。

参数Max Iterations/Time Step用于控制在每一个耦合迭代中Fluent求解器迭代次数。

考虑到计算量的问题，Fluent单纯迭代的计算量远小于耦合步计算量，因此适当增大参数Max Iterations/Time Step以降低耦合步迭代次数，有利于缩短整个耦合计算时间。

注：耦合步迭代不仅涉及到流体计算，还涉及到结构计算，同时还包含数据交换过程，该时间消耗远大于单纯的流体计算迭代。

5 结构求解器迭代

结构求解器收敛控制通过参数Substeps来控制，如下图所示，有时还配合参数Auto Time Stepping一起控制。多数情况下，结构求解器收敛性不存在问题，通常关闭自动时间步长，并将子步数量设置为1，以减少计算时间消耗。当计算过程中出现结构求解器不收敛时，可适当增大参数Substeps，该参数的含义与流体求解器中的Max Iterations/Time Step类似。

结构求解器中的Step End Time参数通常设置为大于等于真实计算时间，虽然该参数并无太大实际意义，但在System Coupling中设置的计算时间值只能小于该参数。

6 迭代次数估算

例如：

• 在Fluent设置Max Iterations/Time Step参数为20

• System Coupling中设置Minimum Iterations为1，设置Maximum Iterations为5

• System Coupling中设置End Time为2，设Step Size为0.01

• 结构求解器设置Substeps为1

则估算：

注：当网格数量较多时，数据交换消耗的时间会很长。为节省计算时间，适当减少耦合迭代次数，可选择增加Field迭代次数。

END

本来计划更新双向耦合实例的，结果不小心网格搞多了点，算了十几个小时才到70%，等明后天吧。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道