ANSYS CFX Newton-Raphson Solver Error 해결 가이드

요약

• ANSYS CFX에서 Steam3vl 등 다상 물질 사용 시 Newton-Raphson 수렴 실패로 솔버가 강제 종료되는 경우가 있습니다.
• CFX-Pre의 Homogeneous Binary Mixture 항목 아래에 압력(Newton Pressure) 및 온도(Constitutive Relation) CCL 파라미터를 추가하면 해결됩니다.
• 비선형성이 강한 경우 Iteration Limit을 높이거나 Under Relaxation 값을 낮춰 튜닝할 수 있습니다.

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Newton-Raphson Solver Error란?

ANSYS CFX에서 증기(Steam3vl)나 두 개 이상의 상(Phase)이 공존하는 다상 물질을 사용할 때, 솔버가 물성치 테이블에서 밀도나 상 평형 곡선을 수치적으로 반복 탐색하는 과정에서 수렴에 실패하면 에러가 발생합니다.

이 과정에서 사용되는 수치 기법이 Newton-Raphson Method이며, 반복 횟수가 허용치를 초과하거나 수렴 기준을 만족하지 못하면 솔버가 강제로 종료됩니다.

발생 조건:

• CFX-Pre에서 물질을 Steam3vl, Steam5vl 등 다상(2-phase) 물성으로 설정한 경우
• Homogeneous Binary Mixture 옵션을 사용하는 경우
• 상 변환(Phase Change)이 빈번하게 발생하는 영역이 해석 모델에 포함된 경우

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해결 방법 — CCL 명령어 추가

CFX-Pre에서 해당 물질의 Command Editor를 열어 Homogeneous Binary Mixture 항목 아래에 다음 파라미터를 추가합니다.

접근 경로

CFX-Pre 트리에서 Materials → 해당 물질 선택 → Command Editor 열기

또는 Homogeneous Binary Mixture 항목이 있는 설정 단계에서 Command Editor를 열어 해당 항목 아래에 추가합니다.

파라미터 목록과 기본값

아래는 CFX가 내부적으로 사용하는 기본값입니다. 에러가 발생했다는 것은 이 기본값으로는 수렴이 안 된다는 의미이므로, CCL에 명시적으로 추가한 뒤 값을 조정하는 방식으로 사용합니다.

압력 수렴 (Newton Pressure)

Newton Pressure Criterion = 1 [Pa]
Newton Pressure Iteration Limit = 150
Newton Pressure Under Relaxation = 1

• Newton Pressure Criterion — 압력 수렴 판정 기준값. 기본값 1 Pa
• Newton Pressure Iteration Limit — 최대 반복 횟수. 기본값 150
• Newton Pressure Under Relaxation — 반복 완화 계수. 기본값 1 (완전 반영)

온도 수렴 (Constitutive Relation)

솔버 출력에서 온도 관련 수렴 경고가 함께 나타나는 경우 아래 파라미터를 동일한 위치에 추가합니다.

Constitutive Relation Iteration Limit = 150
Constitutive Relation Under Relaxation = 1

• Constitutive Relation Iteration Limit — 온도/엔탈피 계산의 최대 반복 횟수. 기본값 150
• Constitutive Relation Under Relaxation — 온도 계산의 완화 계수. 기본값 1

CCL 위치 예시

LIBRARY:
  MATERIAL: Steam_IAPWS
    Newton Pressure Criterion = 1 [Pa]
    Newton Pressure Iteration Limit = 150
    Newton Pressure Under Relaxation = 1
  END
END

기본값 그대로 입력하면 동작이 바뀌지 않습니다. CCL에 명시적으로 추가한 뒤, 아래 튜닝 방법에 따라 값을 조정해야 실제 효과가 있습니다.

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튜닝 방법

기본값으로 해결되지 않는 경우 아래 방향으로 조정합니다.

• Iteration Limit을 더 높게 설정 — 예: 150 → 300으로 증가, 수렴 기회를 더 확보
• Under Relaxation 값을 낮춤 — 예: 1 → 0.5, 비선형성이 강한 경우 수렴 안정성 향상 (계산 속도 저하)
• 두 가지를 동시에 조정 — Iteration Limit을 높이면서 Under Relaxation을 낮추는 조합이 효과적인 경우 있음
• Newton Pressure Criterion 완화 — 기본값 1 Pa에서 해석 압력 범위의 1% 수준으로 조정. 예: 운전 압력이 10 MPa이면 100,000 Pa 수준까지 허용 가능 (단, 결과 신뢰도 저하 가능성 있음)

튜닝 방향은 해석 모델의 비선형성 정도에 따라 달라지므로, 값을 단계적으로 변경하면서 솔버 출력 로그를 확인하는 것이 좋습니다.

결론

ANSYS CFX Newton-Raphson Solver Error는 다상 물질의 물성치 테이블 보간 과정에서 수렴에 실패할 때 발생합니다. CFX-Pre Command Editor에서 Homogeneous Binary Mixture 항목 아래에 CCL 파라미터를 추가하면 대부분 해결됩니다. 강한 비선형성이 있는 모델이라면 Iteration Limit을 높이거나 Under Relaxation을 낮춰 안정적인 수렴을 유도합니다.

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• 테스트 환경: ANSYS CFX (Steam3vl, 다상 해석)
• 마지막 업데이트: 2026.03

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