Convergencia: qué significa realmente

OpenFOAM informa residuales de los sistemas lineales resueltos dentro de cada iteración. Estos valores son esenciales, pero solo describen una capa del problema.

Tres niveles de convergencia

Lineal: cada ecuación algebraica alcanza su tolerancia durante una iteración externa.

No lineal: los campos dejan de cambiar al repetir SIMPLE o los correctores externos de PIMPLE.

Estadística: en un flujo inherentemente transitorio, medias y fluctuaciones alcanzan una ventana estable aunque el campo instantáneo nunca sea estacionario.

Diseña un panel de monitores

Incluye al menos:

residuales iniciales por variable;
balance de masa y, si aplica, energía;
una o más cantidades de interés;
extremos físicos de presión, temperatura, k, omega o fracción de fase;
Courant máximo/medio en transitorios;
continuidad acumulada con contexto, no como único indicador.

Patrones de diagnóstico

Residuales bajan, QoI deriva

El solver lineal trabaja, pero el acoplamiento no lineal no ha cerrado. Reduce relTol, aumenta correctores o continúa iterando.

Residuales se estancan, QoI estable

Puede existir un suelo impuesto por malla, redondeo o tolerancia. Comprueba balances y repite con tolerancias más estrictas para medir la sensibilidad.

Oscilación periódica

No fuerces estacionariedad si la física es inestable. Cambia a un solver transitorio y analiza frecuencia, amplitud y promedio.

Explosión súbita

Localiza el primer campo no físico en el log. Revisa Courant, celdas problemáticas, fronteras, propiedades y esquemas antes de reducir indiscriminadamente la relajación.

Criterios automáticos con residualControl

Un bloque conceptual para SIMPLE puede ser:

text

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
SIMPLE
{
    nNonOrthogonalCorrectors 1;
    residualControl
    {
        p               1e-5;
        U               1e-6;
        "(k|omega)"     1e-6;
    }
}

Este corte ahorra tiempo, pero no conoce tu QoI. Complementa la parada automática con postproceso que verifique banda estable y balances.

Convergencia estadística

Para LES, URANS o shedding, descarta el transitorio inicial, selecciona una ventana que contenga suficientes escalas lentas y reporta media, desviación y error asociado a la autocorrelación. Diez mil muestras altamente correlacionadas no equivalen a diez mil observaciones independientes.

Regla de cierre

Declara un caso convergido solo cuando continuar el cálculo o endurecer tolerancias cambia la QoI mucho menos que la precisión requerida. Guarda el historial que demuestra esa afirmación.

Convergencia en OpenFOAM más allá de los residuales: balances, monitores y diagnóstico