求解与初始值不一致的时间相关模型

问题描述

设置瞬态模型时的一个常见错误是具有与负载和边界条件不一致的初始条件。当运行瞬态流体流量研究时，这最常发生，但是在任何时间依赖的模型中都可能发生相同类型的问题。

您可以在模拟开始时观察到求解器的时间段非常小，或者求解器将报告类似于以下的错误消息：

未能找到一致的初始值。
最后一个时间步骤没有收敛。

解决方案

背景

为了说明此问题及其解决方案，请考虑以下图表的简单流体流模型。解决层流液体（）在二维通道（尺寸为3M x 1m）中，左侧有一个入口，右侧有一个出口。在入口处指定1 m/s的速度和出口处的零压力边界条件。通道中的初始值留为其默认值，即（u，v）=（0,0）和p = 0。可以下载相应的模型文件这里。

这些边界条件导致在仿真开始时通道u = 0 m/s内速度的速度值与通道U = 0 m/s内速度的值之间的不匹配，在其初始值下瞬态求解器开始计算解决方案。这被称为初始值不一致。

188金宝搏优惠默认情况下，comsol将尝试通过使用向后的Euler方法来调整小时时间的小时时间来调和不一致的初始值。默认情况下，初始时间段是根据Total Simulation TimePAN自动确定的，但是可以手动设置初始时间段，并更改向后的Euler方法使用的初始步骤的分数以进行一致的初始化。这些设置将影响一致的初始化过程的结果。如果向后的Euler步骤太大，或者边界条件确实不一致，则一致的初始化可能会失败。更常见的是，结果可能与预期相去甚远，而求解器可能需要在模拟开始时进行很小的时间段以从该解决方案中发展。这是不希望的，因为它导致溶液时间相对较长。

初始时间段尺寸和一致初始化的默认设置。

在许多情况下，这种一致的初始化并不是严格需要的，最好将其关闭并确保模型平稳地从一致的初始值中升起所有负载和边界条件。该知识基础提供了两种方法。

但是，请注意，如果您的边界条件确实与彼此和物理学不一致，那么本知识基础中的决议将不适用。始终仔细检查施加的载荷和边界条件以保持一致性。本知识基础中的建议适用于供应良好的问题。

方法1：通过固定研究初始化时间依赖的研究

一个学习可以包括多个脚步，默认情况下，每个步骤的结果将传递到以下步骤作为初始值。因此，在瞬态研究步骤之前添加固定步骤将首先解决稳态假设下的字段，并且为瞬态步骤提供了一致的初始值，从而覆盖了在该字段中指定的初始值初始值物理接口中的功能。如下屏幕截图所示，只要两个步骤在同一研究中，就不需要其他设置更改。解决研究时，将重新计算这两个步骤。

使用固定步骤来计算瞬态研究步骤的初始值。

也可以将固定步骤和瞬态步骤分为两种不同的研究。这要求因变量的值在瞬态研究中，手动将其设置为固定研究的结果，如下所示。可以下载相应的模型文件这里。

调整时间依赖研究的设置，以使用根据固定研究计算出的初始值。

但是，该策略有一些缺点。首先，可能根本不存在固定解决方案。这对于在湍流开始附近的流体流量模型尤其常见，在湍流开始，稳态边界条件会导致不稳定的（时变）流场。也可能是稳态解决方案在数值上很难找到，请参阅知识库103：改善非线性固定模型的收敛性如何解决此类案件。其次，瞬态模型的目的可能是研究启动行为，因为系统从重点状态发展。无论哪种情况，都使用下面描述的第二种方法。

方法2：随着时间的推移逐渐增加边界条件

瞬态模型上的载荷和边界条件可以从与初始值一致的值中提高。最常见的情况将是一个平衡系统，其中初始值无处不在。使用内置步正常运行，如下屏幕截图所示。还有其他几个内置功能，还包括平滑选项，如上所述知识库905：步骤过渡的建模。默认情况下，所有这些将在平滑区开始时具有等于零的时间衍生，这很有帮助。

步骤函数的设置具有平滑性。

如下屏幕截图所示，使用此平滑步骤功能修改负载和边界条件。可以下载相应的模型文件这里。

平滑的步骤函数用于促进边界条件。

您将需要选择一个时间板，以进行平滑，这对手头的问题在物理上是现实的。例如，在层流流动的情况下，您不应如此迅速地升高速度，以引入超音速冲击。或者，对于电磁波问题，请勿引入比光速快的斜坡。也可以看看知识库1244：解决载荷中的步骤变化的波型问题。相反，根据您所需的模型输出，引入非常逐渐的渐变也可以合理。

请注意，并非所有问题都需要这种平滑。一些问题，尤其是不涉及对流的传热问题，可以通过负载的步骤变化来解决。如果这些步骤更改在模拟时间跨度期间发生，则应使用事件准确地对这些情况进行建模，如知识库1245：求解具有脉冲载荷的模型。

一般评论

一旦实施了上述任何一种技术，就应解决一致的初始化问题，并且您不必更改研究设置。

如果您确实继续遇到融合问题，则可能是您的模型不够细微，在这种情况下，您应该进行网状精炼研究知识库1261：进行网状精炼研究。也可能是您的模型是高度非线性的，在这种情况下请参阅知识库1127：改善非线性时间依赖性模型的收敛性。

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