残差の急激な発散

OKUYAMA

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Nov 30, 2016, 11:41:15 PM11/30/16

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chtMultiRegionSimpleFoamを使って円管内を気体が流れるモデルの解析をしていますが、残差が途中まで減少(*)していたのに、突然急激に上昇し、発散するという現象が生じています。

上昇に転じる前の連続の式の誤差を見ても、特に異常値というわけではないように思うのですが、どのような原因が考えられるでしょうか。

(*) 減少しているとはいえ、グラフの通り波打ちながら減少しているのが気にはなっています。

なお、元々p_rghの収束が悪く、その緩和係数を0.3e-3→0.3e-2→0.3e-1→0.6e-1と順に上げながら計算しています。

Fumiya Nozaki

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Dec 3, 2016, 9:31:22 AM12/3/16

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発散直前のイタレーションにおいて物理量が異常な値をとっているセルがないかどうか、

fieldMinMax (function object) や可視化等で確認されるのがよろしいのではないでしょうか。

野崎

2016年12月1日 13:41 OKUYAMA <s.can....@gmail.com>:

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OKUYAMA

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Dec 9, 2016, 3:18:28 AM12/9/16

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野崎さん、

　ご回答いただき、ありがとうございました。

2016年12月3日土曜日 23時31分22秒 UTC+9 nozaki:

発散直前のイタレーションにおいて物理量が異常な値をとっているセルがないかどうか、
fieldMinMax (function object) や可視化等で確認されるのがよろしいのではないでしょうか。

　教えていただいた方法で残差が急上昇するあたりを調べてみたのですが、特に異常といえるものはなく、原因がわかりませんでした。

　(発散直前の残差が上がりきったところでは、逆に至るところ異常値になります。)

　p_rghの緩和係数を 0.03 のままで進めると、残差が1e-5まで落ち、物理量も特におかしなところがありませんでした。

　これで行こうと思うのですが、緩和係数が小さいまま解析を終えてしまってもいいものでしょうか。

すもも

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Dec 12, 2016, 4:50:07 PM12/12/16

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物理量の平均値などの変化を見たほうがよいと思います。
残差が小さくても計算が収束していないことがあります。

2016年12月9日金曜日 17時18分28秒 UTC+9 OKUYAMA:

OKUYAMA

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Dec 13, 2016, 11:28:12 PM12/13/16

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すももさん、

　ご回答いただき、ありがとうございました。

2016年12月13日火曜日 6時50分07秒 UTC+9 すもも:

物理量の平均値などの変化を見たほうがよいと思います。
残差が小さくても計算が収束していないことがあります。

　U, T, p_rghの領域平均値はチェックするようにしていますが、収束していました。(最後の500ステップで、有効数字6桁目に変化なし)

　最大値・最小値や、出入り口での面平均値までは見ていません。これらも見ておくべきでしょうか。

すもも

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Dec 14, 2016, 5:36:47 PM12/14/16

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あとは質量収支や熱量収支を見ておいたらよいと思います。

2016年12月14日水曜日 13時28分12秒 UTC+9 OKUYAMA:

小南秀彰

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Jan 5, 2017, 1:00:58 AM1/5/17

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たぶん定常計算をしていると思います。

（１）緩和係数について

・一般的には緩和係数を小さくしても計算結果には影響しません。

・緩和係数を過小にすると残差判定の方法によっては十分に収束しないにもかかわらず収束したと誤判断をする場合があります。物理用の収支を確認すれば判る場合もあります。

・また、緩和係数を過小にしないと定常計算ができないということは、ＣＦＤで模擬しようとしている実際の系が非定常性が非常に強いだろうと推定されます。もし、このような場合は、定常計算の結果が収束していて物理量の収支がとれていていたとしても、CFD計算結果は実現象を模擬していることになりません。もちろん、そのCFD計算結果から知見を得ることができません。

（２）実現象の非定常性について

・上記（１）の最後でも触れましたが、もともとの実現象が非定常性の強いのではないでしょうか？

・実験の様子を観察されたほうが良いと思います。もし実験を観察できないなら、レイノルズ数のほかに、ルイス数とかグラスホフ数のような熱移動と流体移動のの比を表す無次元数を調べて、現象の非定常性が強いか弱いか判断することをお勧めします。

　ちなみに、日常的な状態と寸法での気体は本質的には不安定で非定常です（だからＲＡＮＳのような、乱流諸量を平均成分と変動成分に分解している乱流モデルがあります）。　CFD計算での定常／非定常とは、計算する本人が判断するべき「程度問題」です。