Dificultades de convergencia y solución de problemas

Uso de residuos y variables de seguimiento para comprobar la convergencia

Puede suponerse una convergencia razonable de la solución CFD cuando todos los residuos normalizados representados se han estabilizado, sin oscilaciones, y sus valores han bajado alrededor de 0.001 o 10-4. Si los residuos han descendido mucho y las variables de seguimiento son bastante constantes, sin necesidad de ser absolutamente constantes, puedes confiar en que la solución es buena aunque se muestre un mensaje de no convergencia. Este mensaje siempre aparece si los residuos superan ligeramente los valores de terminación. Son valores conservadores y no necesitan cumplirse estrictamente.

Problemas habituales de convergencia y soluciones

Los ajustes y la malla CFD predeterminados de DesignBuilder deberían permitir una solución convergente en la mayoría de los casos, aunque a veces puede ser necesario modificarlos o cambiar la definición del problema.

Una causa habitual de falta de convergencia CFD es que no haya suficientes celdas entre una extracción y un difusor de impulsión. Si están demasiado próximos, el flujo puede quedar atrapado; para evitarlo, recomendamos al menos 3 celdas de malla entre los objetos de extracción e impulsión. Puedes editar la región de malla entre estos componentes y añadir manualmente las celdas. Otra solución es utilizar una malla más fina.

Además, dimensiones muy pequeñas pueden provocar inestabilidad del flujo, por ejemplo una línea «plana» de residuo de masa, e impedir la convergencia.

Es esperable una gran desviación inicial de la variable seguida, que normalmente se reduce con rapidez hacia la estabilidad y termina en 0.0001.

En general, si una solución no converge fácilmente y los residuos parecen constantes, puede ayudar reorganizar la definición del modelo, eliminando obstáculos innecesarios y alineando componentes o conjuntos repetidos para reducir las líneas de malla.

Modelos de turbulencia

En algunos casos puede ser muy difícil o imposible obtener una solución con el modelo de turbulencia estándar k-e modelo de turbulencia. Son especialmente difíciles los flujos de velocidad muy baja impulsados por flotabilidad, en los que la difusión está dominada por la convección y las velocidades pueden oscilar alrededor de un valor medio. En estos casos, reducir los pasos de tiempo falsos puede no mejorar la situación. Para forzar una solución, considera añadir condiciones de contorno como ocupantes, que pueden modificar suficientemente el flujo sin que el problema deje de ser realista.

También puedes considerar utilizar el modelo de turbulencia de viscosidad efectiva constante con viscosidad turbulenta o multiplicador relativamente alto, pero esto introduce una difusión artificialmente elevada y el modelo de viscosidad efectiva constante no puede modelar el transporte de turbulencia.

Pasos de tiempo falsos de velocidad

Si se observa que los residuos divergen o fluctúan considerablemente, en muchos casos puede mejorarse la situación reduciendo los pasos de tiempo falsos de los componentes de velocidad. El procedimiento recomendado es reducirlos continuamente a la mitad hasta obtener una solución más estable.

Solo debería ser necesario reducir los pasos de tiempo falsos de velocidad si la solución es muy inestable, con residuos divergentes u oscilaciones de gran amplitud. Estos pasos amortiguan la solución y pueden aumentar la estabilidad, pero también el tiempo total de simulación.

Acelerar simulaciones CFD

Algunos consejos para reducir los tiempos de cálculo CFD son:

• Mantén la geometría del modelo lo más ortogonal posible, alineando las superficies con los ejes siempre que puedas.
• Tolerancia de unión de malla normalmente no debe superar el 10% del tamaño de malla.