[{"data":1,"prerenderedAt":118},["ShallowReactive",2],{"$fj6wt9z2smlis":3},{"slug":4,"publishedAt":5,"category":6,"title":7,"summary":8,"image":9,"imageAlt":14,"readingMinutes":15,"serviceId":16,"keywords":17,"imageCaption":23,"sections":24,"sources":108},"cfd-simulation-diverging","2026-10-12","guides","CFD-Simulation divergiert? Sieben Prüfungen der Reihe nach","Eine divergierende CFD-Rechnung hat eine Ursache, und weniger Unterrelaxation findet sie selten. Sieben Prüfungen der Reihe nach, von Einheiten und Rändern bis zur Numerik.",{"src":10,"thumbnail":11,"width":12,"height":13},"\u002Fassets\u002Fcfd-cases\u002Fnozzle\u002Fimages\u002F02.webp","\u002Fbrand\u002Fstudies\u002Fnozzle.svg",1448,1086,"DEEB-FLOW-Illustration eines Geschwindigkeitsfelds in einer Sprühtrocknungskammer",6,"review",[18,19,20,21,22],"CFD-Simulation divergiert","Divergenz erkannt","floating point exception Fluent","CFD konvergiert nicht","Rückströmung","Konzeptillustration aus der DEEB-FLOW-Fallbibliothek. Sie ist kein Ergebnis dieses Artikels.",[25,32,38,44,56,62,72,77,88,93,103],{"id":26,"title":27,"paragraphs":28},"why-tuning-fails","Warum das Herunterdrehen des Solvers die Ursache selten findet",[29,30,31],"Iteration 214. Die Residuen, die bis dahin gleichmäßig gefallen sind, drehen nach oben. Bei Iteration 230 liegen sie bei 10⁵, und die Konsole meldet eine Divergenzwarnung, eine Gleitkommaausnahme oder, in OpenFOAM, eine Zahlenkolonne, die auf „nan“ endet.","Der Reflex ist, die Solvereinstellungen zu öffnen und alles herunterzudrehen. Unterrelaxationsfaktoren senken, Zeitschritt halbieren, neu starten. Manchmal hilft das. Häufiger verschiebt es den Absturz um ein paar hundert Iterationen und lehrt Sie nichts.","Eine divergierende CFD-Simulation ist ein Symptom mit einer Ursache, und die Ursache findet man meist schneller durch Hinsehen als durch Nachregeln. Im Folgenden steht die Reihenfolge, in der ich prüfe. Die günstigen Prüfungen kommen zuerst, und jede grenzt die nächste ein.",{"id":33,"title":34,"paragraphs":35},"find-where","1. Finden, wo es begonnen hat",[36,37],"Bevor Sie eine Einstellung ändern, suchen Sie die Zellen, in denen die Lösung zuerst entgleist ist. Laden Sie die letzten vor dem Absturz gespeicherten Daten oder rechnen Sie mit häufigem Speichern erneut. Sehen Sie sich Minimum und Maximum von Druck, Geschwindigkeit, Temperatur und, bei kompressibler Strömung, Mach-Zahl an. Eine Temperatur von 5.000 K in einem Luftkanal oder eine Geschwindigkeit vom Fünfzigfachen des Einlasswerts sitzt an einer bestimmten Stelle. Sehen Sie sich diese Stelle an.","Die meisten Solver können außerdem die Zellen mit den größten Residuen ausgeben. Alles Weitere wird einfacher, sobald Sie wissen, ob das Problem an einem Einlass, an einem Auslass, in einem engen Spalt oder in einer Grenzschicht liegt.",{"id":39,"title":40,"paragraphs":41},"units-and-scale","2. Einheiten und Maßstab prüfen",[42,43],"Es klingt zu einfach und ist doch häufiger die Ursache, als man zugibt. Eine in Millimetern gezeichnete und in Metern eingelesene Geometrie ist in jeder Richtung tausendmal zu groß. Ihr 50-mm-Rohr hat nun 50 m Durchmesser, die Reynolds-Zahl ist tausendmal höher, und ein Netz, das ausreichend war, ist unbrauchbar. Vergleichen Sie die vom Solver gemeldeten Abmessungen des Rechengebiets mit Ihrer Erwartung.","Prüfen Sie bei dieser Gelegenheit auch die Stoffwerte und den Betriebsdruck. Eine Verwechslung von Überdruck und Absolutdruck in einem kompressiblen Fall liefert physikalisch unsinnige Dichten.",{"id":45,"title":46,"paragraphs":47},"boundary-conditions","3. Randbedingungen prüfen",[48,49,55],"Fragen Sie sich, ob das gestellte Problem überhaupt eine Lösung hat.",{"list":50},[51,52,53,54],"**Massenerhaltung.** Eine fest vorgegebene Geschwindigkeit an jedem Einlass und jedem Auslass überbestimmt eine inkompressible Strömung. Mindestens ein Rand muss den Druck frei einstellen lassen.","**Rückströmung am Auslass.** Wenn ein Rezirkulationsgebiet einen Druckauslass kreuzt, muss der Solver die Eigenschaften des zurückströmenden Fluids erfinden. Verlegen Sie den Auslass weiter stromab oder setzen Sie sinnvolle Rückströmwerte.","**Lage des Einlasses.** Ein Einlass unmittelbar vor einem Krümmer oder einer Stufe erzwingt ein gleichförmiges Profil, wo die reale Strömung weit davon entfernt ist.","**Bedingungen, die zum Modell passen.** Ein turbulenter Einlass mit Turbulenzgrad null oder ein Überschalleinlass ohne statischen Druck verhält sich schlecht.","Rückströmung an einem Einlass ist fast immer ein Aufbaufehler und verdient Aufmerksamkeit vor allem anderen.",{"id":57,"title":58,"paragraphs":59},"mesh","4. Das Netz dort ansehen, wo es versagt hat",[60,61],"Nun das Netz, und zwar an der Stelle aus Schritt 1. Prüfen Sie Schiefe, Orthogonalität und Seitenverhältnis. Wenige schlecht geformte Zellen in einem engen Spalt oder an einer scharfen Hinterkante genügen, denn stark verzerrte Zellen verfälschen die Flüsse zwischen Nachbarn und bringen Oszillationen in die Lösung. Prüfen Sie auch plötzliche Sprünge in der Zellgröße. Wenn die Divergenz in den schlechtesten Zellen des Netzes begonnen hat, reparieren Sie das Netz dort. Eine Solvereinstellung würde das Problem nur verdecken.","Ein feineres Netz kann divergieren, wo ein grobes lief. Das grobe Netz hat ein Phänomen verschmiert, etwa Wirbelablösung oder einen Stoß, das das feine Netz auflöst. Das ist eine Information über die Strömung und bedeutet meist, dass der Fall instationär gerechnet werden sollte.",{"id":63,"title":64,"paragraphs":65},"better-start","5. Der Rechnung einen besseren Start geben",[66,67],"Ein Solver, der von einem gleichförmigen Feld mit Einlassgeschwindigkeit startet, hat einen weiten Weg vor sich, und die ersten Iterationen verlaufen heftig. Drei Maßnahmen machen den Start sanfter.",{"list":68},[69,70,71],"Nutzen Sie die solvereigene Initialisierung aus einer Potential- oder Hybridlösung, falls vorhanden.","Starten Sie mit einem Bruchteil des Durchsatzes oder, bei kompressibler Strömung, mit einem kleineren Druckverhältnis und steigern Sie schrittweise.","Rechnen Sie einige hundert Iterationen mit Diskretisierung erster Ordnung und wechseln Sie dann auf zweite Ordnung.",{"id":73,"title":74,"paragraphs":75},"staged-physics","6. Die Physik stufenweise zuschalten",[76],"Wenn der Fall Wärmeübertragung, Spezies, Verbrennung oder mehrere Phasen enthält, schalten Sie nicht alles bei der ersten Iteration ein. Bringen Sie zuerst die kalte Strömung zur Konvergenz. Dann folgt die Energie, dann Spezies ohne Reaktion, dann die Reaktionen. Jeder Schritt startet von einem sinnvollen Feld, und wenn etwas schiefgeht, wissen Sie, welches Modell es verursacht hat.",{"id":78,"title":79,"paragraphs":80},"numerics","7. Jetzt die Numerik anpassen",[81,82,83,86,87],"Erst hier kommen die Solvereinstellungen ins Spiel, und inzwischen wissen Sie, was Sie behandeln. Bei stationären druckbasierten Solvern senken Sie die Unterrelaxationsfaktoren für Druck und Impuls maßvoll. Bei gekoppelten oder dichtebasierten Solvern senken Sie die Courant-Zahl. Ein pseudo-transienter Ansatz ist oft stabiler als reine Unterrelaxation.","Bei instationären Rechnungen prüfen Sie die Courant-Zahl direkt. Sie gibt an, wie viele Zellen die Strömung in einem Zeitschritt durchquert. Nehmen wir Zellen von 0,5 mm in einem Strahl mit 40 m\u002Fs bei einem Zeitschritt von 10⁻⁴ s.",{"formula":84},[85],"CFL = u × Δt \u002F Δx = 40 × 0.0001 \u002F 0.0005 = 8","Das Fluid durchquert acht Zellen pro Schritt. Für ein explizites Verfahren oder eine scharfe freie Oberfläche ist das viel zu viel. Ein Zeitschritt von 1,25 × 10⁻⁵ s bringt den Wert auf 1.","Wenn die Rechnung nur mit sehr niedriger Relaxation oder einem winzigen Zeitschritt überlebt, gehen Sie zurück zu den Schritten 1 bis 4. Die Numerik gleicht dann etwas aus.",{"id":89,"title":90,"paragraphs":91},"why-this-order","Warum die Prüfungen in dieser Reihenfolge stehen",[92],"Die Schritte 1 bis 3 dauern Minuten und erfordern keine neue Rechnung. Schritt 4 kann eine Neuvernetzung erfordern, deshalb möchten Sie zuerst den Ort kennen. Die Schritte 5 bis 7 ändern, wie sich der Solver der Antwort nähert, und das hilft nur, wenn eine Antwort existiert. In der Praxis ist die Reihenfolge meist umgekehrt, also erst Numerik, dann Netz, zuletzt der Aufbau, und so wird aus einem Zwei-Stunden-Problem ein Zwei-Tage-Problem.",{"id":94,"title":95,"paragraphs":96},"common-mistakes","Häufige Fehler",[97],{"list":98},[99,100,101,102],"**Die Relaxation senken, bis es läuft, und sie dann so lassen.** Eine stark unterrelaxierte Lösung konvergiert sehr langsam und kann fertig aussehen, obwohl sie sich noch ändert.","**Das ganze Netz verfeinern, obwohl das Problem lokal ist.** Die Zellzahl steigt, und die schlecht geformten Zellen bleiben schlecht geformt.","**Rückströmung an einem Auslass verbieten, der schlicht zu nah liegt.** Die Warnung verschwindet, und der Fehler bleibt in der Lösung.","**Warnungen ignorieren.** Meldungen über Rückströmung an Hunderten von Flächen oder begrenzte turbulente Viskosität in Tausenden von Zellen zeigen Ihnen, wo Sie hinsehen müssen.",{"id":104,"title":105,"paragraphs":106},"still-not-running","Wenn es immer noch nicht läuft",[107],"Reduzieren Sie den Fall. Entfernen Sie Modelle, bis er läuft, und fügen Sie sie einzeln wieder hinzu. Wenn eine laminare, isotherme, einphasige Version Ihrer Geometrie divergiert, liegt das Problem im Netz oder in den Randbedingungen, und die Suche ist deutlich übersichtlicher geworden. Wenn Sie zwei Tage daran verbracht haben, zeigen Sie den Fall jemand anderem, denn ein frischer Blick findet eine Verwechslung von Millimetern und Metern oft in wenigen Minuten.",[109,112,115],{"href":110,"label":111},"https:\u002F\u002Fwww.grc.nasa.gov\u002Fwww\u002Fwind\u002Fvalid\u002Ftutorial\u002Fiterconv.html","NASA \u002F NPARC: examining iterative convergence",{"href":113,"label":114},"https:\u002F\u002Fwww.grc.nasa.gov\u002Fwww\u002Fwind\u002Fvalid\u002Ftutorial\u002Fprocess.html","NASA \u002F NPARC: CFD analysis process",{"href":116,"label":117},"https:\u002F\u002Fdoi.org\u002F10.1007\u002FBF01448839","Courant, Friedrichs and Lewy (1928), Mathematische Annalen: on the partial difference equations of mathematical physics",1791759708327]