壁面网格划分规则
y+计算公式
y+计算公式
对于CFD(计算流体力学)中的网格划分,y+值是一个非常重要的参数。y+值的大小可以决定边界层的类型和网格尺寸,进而对计算结果产生影响。因此,掌握y+计算公式对于进行CFD模拟非常关键。
y+值的计算公式为:
y+ = ρ*u*y/μ
其中,ρ表示流体密度,u表示流体速度,y表示与墙面最近的网格点到墙面的距离,μ表示流体粘度。
在CFD模拟中,通常将y+值分为不同的区间,每个区间对应不同的边界层类型。以下是常见的y+值区间和对应的边界层类型:
- y+ < 1:属于壁面函数区,墙面附近的流动可以近似为平衡层流;
- 1 < y+ < 30:属于壁面函数与对数律区的过渡区,需要使用修正的壁面函数或修正的对数律计算;
- 30 < y+ < 200:属于对数律区,墙面附近的流动可以近似为非平衡层流;
- y+ > 200:属于剪切层区,墙面附近的流动可以近似为自由层流,不需要特殊处理。
在CFD模拟中,通常要保证y+值落在合适的区间内,才能获得可靠的模拟结果。因此,在进行网格划分时,需要根据流场特性和模拟要求,合理选择网格尺寸和壁面网格密度,以控制y+值的大
小。
Ansys Icepak网格划分原则
Ansys Icepak网格划分原则
(-)网格类型
网格划分是仿真的第二步,是所有仿真求解的基础,网格质量的好坏直接决定了求解计算的精度和收敛性。优质的网格可以保证CFD计算的精度,其主要表现在以下几个方面:
(1)网格必须贴体,即划分的网格必须将模型本身的几何形状描述出来,以保证模型的几何形状不失真;
(2)可以对固体壁面附近的网格进行局部加密,这是因为任何物理变量在固体壁面附近的梯度都比较大,壁面附近网格由密到疏,才能够将不同物理量的梯度进行合理的捕捉;
(3)网格的各种质量指标需满足Icepak的要求。
为了得到更优质的网格,Icepak提供了包括Mesher-HD(六面体占优)、Hexa Unstructured(非结构化网格)、Hexa Cartesian(结构化网格)在内的多种网格划分形式。
Mesher-HD
即六面体占优网格,包含六面体、四面体及多面体网格类型,可以对Icepak的原始几何体及导入的异形CAD体进行网格划分;如果选择Mesher-HD方法,在网格控制面板下会出现Multi-Level多级网格的选项;如果模型中包含了异形CAD几何体,则必须使用Mesher-HD方法进行网格划分。
图1异形CAD体的贴体网格——六面体占优
Hexa Unstructured
即非结构化网格,全部为六面体网格,且网格不垂直相交,适用于所有的Icepak原始几何体(立方体、圆柱、多边形等)进行网格划分;非结构化网格可以对规则的几
何体进行贴体划分;非结构化网格可以使用O-grid网格对具有圆弧特征的几何体进行贴体的网格划分,因此非结构化网格在Icepak电子热模拟中应用的非常广泛。Hexa Cartesian
Fluent边界条件的类型
面网格的划分方法
方法描述
Map 创建四边形的结构网格
Submap 将一个不规则的区域划分为几个规则的区域并分别划分结构网格
Pave 创建非结构网格
Tri Primitive 将一个三角形区域划分为三个四边形区域并划分规则网格
Wedge Primitive 在一个楔形的尖端划分三角形网格,沿着楔形向外辐射,划分四边形网格
面网格划分方法的适用类型
FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理
FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理
本文内容摘自《精通CFD工程仿真与案例实战》。实际上也是帮助文档的翻译,英文好的可直接参阅帮助文档。
FLUENT中的湍流模型很多,有单方程模型,双方程模型,雷诺应力模型,转捩模型等等。这里只针对最常用的模型。
1、湍流模型描述
2、湍流模型的选择
有两种方法处理近壁面区域。一种方法,不求解粘性影响内部区域(粘性子层及过渡层),使用一种称之为“wall function”的半经验方法去计算壁面与充分发展湍流区域之间的粘性影响区域。采用壁面函数法,省去了为壁面的存在而修改湍流模型。
另一种方法,修改湍流模型以使其能够求解近壁粘性影响区域,包括粘性子层。此处使用的方法即近壁模型。(近壁模型不需要使用壁面函数,如一些低雷诺数模型,K-W湍流模型是一种典型的近壁湍流模型)。
所有壁面函数(除scalable壁面函数外)的最主要缺点在于:沿壁面法向细化网格时,会导致使数值结果恶化。当y+小于15时,将会在壁面剪切力及热传递方面逐渐导致产生无界错误。然而这是若干年前的工业标准,如今ANSYS FLUENT采取了措施提供了更高级的壁面格式,以允许网格细化而不产生结果恶化。这些y+无关的格式是默认的基于w方程的湍流模型。对于基于epsilon方程的模型,增强壁面函数(EWT)提供了相同的功能。这一选项同样是SA模型所默认的,该选项允许用户使其模型与近壁面y+求解无关。(实际上是这样的:K-W方程是低雷诺数模型,采用网格求解的方式计算近壁面粘性区域,所以加密网格降低y+值不会导致结果恶化。k-e方程是高雷诺数模型,其要求第一层网格位于湍流充分发展区域,而此时若加密网格导致第一层网格处于粘性子层内,则会造成计算结果恶化。这时候可以使用增强壁面函数以避免这类问题。SA模型默认使用增强壁面函数)。
对圆柱体网格划分的一些经验总结
对圆柱体网格划分的一些经验总结
最近一段时间在做锥形分离器内流场的研究。在对其流场进行数值模拟的过程中,在Gambit中试验了一些关于圆柱体的网格划分方法,并将其导入Fluent 中进行了计算进行了对比。在此将个人的一些经验体会与大伙分享。
刚开始划分网格的时候,我天真地认为圆柱体是非常容易划分网格的。但是这折腾了几天后,才发现,圆柱体要得到网格质量好的网格并不容易。经过试验,我总结出了三种划分圆柱体网格的方法。现在一个直径D=300,高度为1000的圆柱体为例进行网格的划分。此圆柱体是直接按照center模式生成体。
方法一:
在二维坐标系下建立一个长1000,宽150的长方形,对此长方形进行网格划分,并设定一条长边为对称轴(注意,采用轴对称模型时,Fluent默认X 轴为对称轴)。再将此网格导入Fluent中采用轴对称模型进行计算。此方法优点是:能够划分出高质量的结构性网格,并能在圆柱体的不同部位根据流动情况控制网格的尺寸和长宽比;能够很容易的在近壁面处加入边界层;即使网格尺寸比较小,网格数量也可以得到控制。缺点:二维轴对称模型决定了Fluent中计算结果都是关于轴对称的,并且Fluent中二维轴对称模型如何将二维网格转化为三维网格计算的机理不太清楚,对其计算结果的正确性不好评估。
方法二:
在三维坐标系下建立圆柱体。先在Geometry>volume>Create Real cylinder中以Center形式生成一个直径为300,高度为1000的圆柱体。对其中一个圆面的圆周划分网格节点,取点的间距interval size为10。然后再对这个圆周面划分elements为Quad,Type为Pave的网格,网格大小interval size 取10。(需要注意的是,在划分圆周网格节点的时候,选择的interval size 要使得相应interval count为偶数,否则没有办法生成Pave面网格)。生成一个圆面上的面网格后,可以用Quad Map生成圆柱侧面的网格,然后再生成体网格。
ANSYS六面体网格划分规则(maporsweep)
虽说是ansys网格划分,但是同时也适用于其他的软件,因为网格生成思想是一样的。
1、面映射网格划分(map)
需满足以下条件:1)该面必须是3或4条边;面的对边必须划分为相同数目的单元或与一个过渡形状网格的划分匹配。2)该面如果有三条边,则划分的单元必须为偶数且各边单元数相等。3)网格划分必须设置为映射网格,结果得到全部四边形网格单元或三角形单元的映射网格,依赖于当前单元类型和单元形状设置。
如果变的数目多于4条,可以通过合并或连结线使面中连接线的数目减少到4条。建议采用AMAP替代连接线,对拾取面的3或4个角点对面进行映射网格划分。
2、体映射网格划分(vmap)
需满足条件:1)该体的外形应为块状(6个面)、楔形(5个面)或四面体。2)体的对边必须划分相同的单元数或分割符合过渡网格形式适用于六面体网格划分。3)如果体是棱柱或四面体,三角形面上的单元分割数必须是偶数。
组成体的面数超过上述条件限制时,需减少面数以进行映射网格划分。可以对面进行加或连接操作,如果连接面有交界线,则线必须连接在一起,必须连接面后连接线。
3、体扫掠方法(VSWEEP)
可以从一边界面网格扫掠贯穿整个体(该体必须存在且未划分网格)生成体单元。如果源面网格有四边形网格组成,则生成六面体网格。如果面由三角形网格组成,则生成楔形单元。如果面有三角形和四边形组成,则体由楔形和六面体共同填充。
==============================个人总结==================================
Fluent学习笔记之壁面网格与yplus的选择
Fluent学习笔记之壁⾯⽹格与yplus的选择
壁⾯⽹格与y+的选择(参考官⽅⼿册ANSYS_Fluent_Theory_Guide19.2)
⼤量的实验表明,近壁区域可以⼤致细分为三层。在最内层,称为“粘性⼦层”,流动⼏乎是层流的,(分⼦)粘性在动量和热量或质量传递中起主导作⽤。在被称为“湍流充分发展层”的外层,湍流起着主要作⽤。最后,在粘性⼦层和湍流充分发展层之间有⼀个过渡区域,叫做“缓冲层”或“混合区”,在这⾥分⼦粘度和湍流的影响是同等重要的
其中y+定义为
y+?ρuτy/µ
其中uτ定义为
uτ=√τw/ρ
“壁⾯函数法”与“近壁模型法”
传统的近壁区域建模⽅法有两种。在第⼀种⽅法中,不解决粘度影响的内部区域(粘性⼦层和缓冲层)。相反,被称为“壁⾯函数”的半经验公式被⽤来连接壁⾯和全紊流区域之间的粘滞区域。使⽤壁⾯函数避免了需要修改湍流模型来考虑壁⾯的存在。在另⼀种⽅法中,对湍流模型进⾏了修改,使粘滞区通过⽹格⼀直到壁⾯(包括粘滞⼦层)进⾏求解。为了便于讨论,我们将其称为“近壁建模”⽅法。这两种⽅法如图4.14所⽰。
图4.14: ANSYS Fluent中的近壁⾯处理
所有壁⾯函数(scalable wall function除外)的主要缺点是在壁⾯法向⽹格细化的情况下,计算结果会恶化。Y+⼩于15会逐渐导致壁⾯剪应⼒和壁⾯传热的误差增⼤。但这已经是⼏年前的⼯业标准,ANSYS Fluent已经能够提供更先进的壁⾯⽅程,允许
⼀致的⽹格细化没有恶化的结果。对所有基于ω⽅程的湍流模型都采⽤这种与y+⽆关的公式。对于基于ε-⽅程的模型,Menteri-Lechner和增强壁⾯处理(Enhanced Wall Treatment, EWT)具有相同的作⽤。对y+不敏感的壁⾯处理也是Spalart-Allmaras模型的默认值,它允许你不⽤考虑近壁⾯的y+值⽽运⾏此模型。
ANSYS各种网格划分方法
ANSYS各种网格划分方法
1. 三角剖分法(Triangular Meshing):
三角剖分法是一种常见的二维网格划分方法,它将几何体分割成一系列的三角形单元。在ANSYS中,可以使用自动网格划分工具或手动方式进行三角剖分。自动网格划分工具会根据所选几何体的复杂程度自动生成合适的三角形网格。手动方式允许用户通过在几何体上添加特定的边界条件和限制条件来控制网格划分过程。
2. 四边形网格法(Quadrilateral Meshing):
四边形网格法是一种常用的二维网格划分方法,它将几何体划分成一系列的四边形单元。与三角形网格相比,四边形网格具有更好的数值特性和简化后处理的优势。在ANSYS中,使用四边形网格法可以通过自动网格划分工具或手动方式进行划分。
3. 符号表示(Sweeping):
符号表示是一种常用的三维网格划分方法,它通过将二维几何体沿特定方向移动来创建三维几何体的网格。在ANSYS中,可以使用自动网格划分工具或手动方式进行符号表示。自动网格划分工具可以根据选择的几何体自动生成符号表示网格。手动方式允许用户根据需要指定几何体的边界条件和限制条件。
4. 细化网格法(Refinement):
细化网格法是一种常用的网格划分方法,它通过逐步细化初步生成的网格来提高网格质量和分析精度。在ANSYS中,用户可以通过自动细化工具或手动方式进行网格细化。自动细化工具会根据预设的条件和几何体特
征进行自动细化。手动方式允许用户根据需要在特定区域添加额外的网格细化操作。
5. 自适应网格法(Adaptive Meshing):
Abaqus网格划分原则
Abaqus⽹格划分原则
如何使⽤3D实体单元?
1 如果不需要模拟⾮常⼤的应变或进⾏⼀个复杂的、改变接触条件的问题,则
应采⽤⼆次减缩积分单元(CAX8R,CRE8R,CPS8R.C3D20R等)。
2 如果存在应⼒集中,则应在局部采⽤⼆次完全积分单元
(CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等)。它们可在较低费⽤下对应⼒梯度提供最好的解决。尽量不要使⽤线性减缩积分单元。⽤细化的⼆次减缩积分单元与⼆次完全积分单元求解结果相差不⼤,且前者时间短。
3 对含有⾮常⼤的⽹格扭曲模拟(⼤应变分析),采⽤细⽹格划分的线性减缩
积分单元(CAX4R,CPE4R.CPS4R,C3D8R等)。
4 对接触问题采⽤线性减缩积分单元或⾮协调单元(CAX4I,
CPE4I,CPS4II,C3D8I等)的细⽹格划分。
5 对以弯曲为主的问题,如能保证所关⼼部位单元扭曲较⼩,使⽤⾮协调单元
(如C3D8I),求解很精确。
6 对于弹塑性分析,不可压缩材料(如⾦属),不能使⽤⼆次完全积分单元,
否则易体积⾃锁,应使⽤修正的⼆次三⾓形或四⾯体单元、⾮协调单元,以及线性减缩积分单元。若使⽤⼆次减缩积分单元,当应变超过20%-40%要划分⾜够密的⽹格。
7 除平⾯应⼒问题之外,如材料完全不可压缩(如橡胶),应使⽤杂交单元;
在某些情况下,近似不可压缩材料也应使⽤杂交单元。
8 当⼏何形状复杂时,万不得已采⽤楔形和四⾯体单元。这些单元的线性形式,
如C3D6和C3D4,是较差的单元(若需要时,划分较细的⽹格以使结果达到合理的精度),这些单元也应远离需要精确求解的区域。应该采⽤修正的⼆次四⾯体单元(C3D10M)。
ICEM结构和非结构网格划分技巧总结
ICEM网格划分技巧总结
1.进行后处理前,划分完网格后必须进行边界层设置。(因为模拟周围存在不同的压力速
度等因素)
2.边界层的作用:加密叶片周围的网格;捕获叶片周围的压力温度等因素的变化。
3.进行网格拓扑后,线条颜色含义:黄色表示二维一个面上一条线/边或空洞周边(缺失面);
绿色:不依赖于集合体独立于几何体,对几何体无影响可作为辅助线。蓝色:三个或三个以上面的交线;红色:两个面的交线(较理想)
4.内流场区域的创建:新建Part然后将所需的所有内流面都Add to Part中,最后看那个口
未封闭,通过局部面命令,将面补全;若只是单纯为了划分网格,可仅使用Creat Body 命令进行创建。
5.外流场区域的创建:首先进行模型的拓扑(Repair Geometry)——Surface右键——菜单中
选择transparent——查看有无黄色的线——若有一定要进行补全!
小结:Create body:两点之间的中点含义为以此点为中心,向外放射所涉及的所有固体/实体物进行包含,此实物体所占的区域,可看作为内流场区域。
6.边界层设置步骤:打开——在Prism中打勾——在Compute Mesh中将
打对勾
7.在ICEM中输出为非结构网格:File——Mesh——Load from Blocking——replace (Fluent不支持结构网格;ICEM做出的是非结构网格)
8.在ICEM输出为结构网格:File——Blocking——Save Multiblock Mesh(前提是以分块的形
式生成的网格)
FLUENT中文全教程_部分12
粘性模型面板来激活。
增加的项可能出现在能量方程中,这取决于你所用的物理模型。想知道细节可以看11.2.1章节。对于标准和带旋流修正k-e模型热传导系数为:
这里a由方程10.4-9算出,a0=1/Pr=k/uc p。
实际上a随着umol/ueff_而变就像在方程10.4-9中,这是RNG模型的优点。这和试验相吻合:湍流能量普朗特数随着分子Prandtl数和湍流变化。方程10.4-9的有效范围很广,从分子Prandtl数在液体的10-2到石蜡的103,这样使得热传导可以在低雷诺数中计算。方程10.4-9平稳的预测了有效的湍流能量普朗特数,从粘性占主要地位的区域的a=1/Pr到完全湍流区域的a=1.393。对于湍流物质交换同样对待,对于标准和带旋流修正k-e模型,默认的Schmidt数是0.7。可以在粘性模型面板中改变。对于RNG模型,有效的湍流物质交换扩散率用一种热交换的计算方法计算。方程10.4-9的a0=1/Sc,这里Sc是molecular数。
10.5 标准和SST k-ω模型
这一章讲述标准和SST k-ω模型。俩种模型有相似的形式,有方程k和ω。SST和标准模型的不同之处是
·从边界层内部的标准k-ω模型到边界层外部的高雷诺数的k-e模型的逐渐转变
·考虑到湍流剪应力的影响修改了湍流粘性公式
10.5 标准k-ω模型
标准k-ω模型是一种经验模型,是基于湍流能量方程和扩散速率方程。
由于k-ω模型已经修改多年,k方程和ω方程都增加了项,这样增加了模型的精度
标准k-ω模型的方程
在方程中,G k是由层流速度梯度而产生的湍流动能。Gω是由ω方程产生的。T k和Tω表明了k 和ω的扩散率。Y k和Yω由于扩散产生的湍流。,所有的上面提及的项下面都有介绍。S k和S e 是用户定义的。
FLUENT壁面函数的选择
FLUENT壁面函数的选择
壁面函数问题
1、无论是标准k—ε模型、RNGk—ε模型,还是Realizable k—ε模型,都是针对充分发展的湍流才有效的,也就是说,这些模型均是高Re数的湍流模型。它们只能用于求解处于湍流核心区的流动。而壁面函数是对近壁区的半经验描述,是对某些湍流模型的补充(近壁区对整体流动影响较大和低雷诺数Re的情况),通过壁面函数法和低Re数k—ε模型与标准k—ε模型和RNGk—ε模型配合,成功解决整个整个管道的流动计算问题。
2、在壁面区,流动情况变化很大。
解决这个问题目前有两个途径:
一、是不对粘性影响比较明显的区域(粘性底层和过渡层)进行求解,而是用一组半经验的公式(即壁面函数)将壁面上的物理量与湍流核心区内的相应物理量联系起来。这就是壁面函数法。在划分网格的时候,不需要在壁面区加密,只需要把第一个节点布置在对数律成立的区域内,即配置在湍流充分发展区域.
如果要用到壁面函数的话,在define—-—modle——viscous面板里有near wall treatment一项。可以选择标准壁面函数、不平衡壁面函数等。
二、是采用低Re数的k—ε模型来求解粘性底层和过渡层,此时需要在壁面区划分比较细密的网格,越靠近壁面,网格越细.当局部湍流的Re数小于150时,就应该使用低Re数的k—ε模型。
总结:相对于低Re数的k—ε模型,壁面函数法计算效率高,工程实用性强。但当流动分离过大或近壁面流动处于高压之下时,不是很理想.在划分网格的时候,需要在壁面的位置设置边界层网格,原因也是如此。
壁面网格划分规则
The goal is to determine the required near wall mesh spacing,
, in terms of Reynolds number, running length, and a target value. A < 200 is acceptable if you are using the automatic wall treatment, if not, continue to read
the advice below. After running a solution, the value of
(in particular, the value given by the solver variable , representing the value for the first node from the wall) should agree with:
model means using a fine mesh and one of the
models (which include the SST model). The
models do accept coarser meshes, due to the automatic near-wall treatment for
these models. with characteristic velocity and length of the plate .
The correlation for the wall shear stress coefficient, , is given by: where is the distance along the plate from the leading edge.
fluent命令介绍、网格划分、参数使用
第一章
Fluent 软件的介绍
fluent 软件的组成:
软件功能介绍:
GAMBIT 专用的CFD 前置处理器(几何/网格生成) Fluent4.5 基于结构化网格的通用CFD 求解器 Fluent6.0 基于非结构化网格的通用CFD 求解器 Fidap 基于有限元方法的通用CFD 求解器 Polyflow 针对粘弹性流动的专用CFD 求解器 Mixsim 针对搅拌混合问题的专用CFD 软件 Icepak
专用的热控分析CFD 软件
软件安装步骤:
step 1: 首先安装exceed软件,推荐是exceed6.2版本,再装exceed3d,按提示步骤完成即可,提问设定密码等,可忽略或随便填写。
step 2: 点击gambit文件夹的setup.exe,按步骤安装;
step 3: FLUENT和GAMBIT需要把相应license.dat文件拷贝到FLUENT.INC/license目录下;
step 4:安装完之后,把x:\FLUENT.INC\ntbin\ntx86\gambit.exe命令符拖到桌面(x为安装的盘符);
step 5: 点击fluent源文件夹的setup.exe,按步骤安装;
step 6: 从程序里找到fluent应用程序,发到桌面上。
注:安装可能出现的几个问题:
1.出错信息“unable find/open license.dat",第三步没执行;
2.gambit在使用过程中出现非正常退出时可能会产生*.lok文件,下次使用不能打开该工作文件时,进入x:\FLUENT.INC\ntbin\ntx86\,把*.lok文件删除即可;
Y+的查看及FLUENT壁面函数的选择
Y+的查看及FLUENT壁⾯函数的选择
y+的查看
其实,我们关⼼的应该是壁⾯y+值。那么我们看云图的话,是可以直接看到的,但是个⼈感觉,如果case⼤的话,也不是很⽅便。此外,你要是看云图的话,要⽤filled的⽅式,
⽽且把node value选上,不然显⽰的是插值结果,那样不对。
推荐你⽤plot图看,在Plot⾥⾯,有xy-plot和histogram两个。这两个都要选择统计位置,请把所有的壁⾯选上,注意⾥⾯有内部体的boundary名称,如那些interior,就不要选。
y+的值在turbulence/Wall Y plus⾥⾯。然后进⾏historam或plot。
histogram⾥⾯能告诉你不同y+的⽹格个数都有⼏个,其中最右边那个就是你最⼤的y+值。但是xy-plot⾥⾯,你是可以直接看到具体y+值的,也能通过曲线特点分出来是哪个⾯
的。
壁⾯函数问题
1、⽆论是标准k—ε模型、RNGk—ε模型,还是Realizable k—ε模型,都是针对充分发展的湍流才有效的,也就是说,这些模型均是⾼Re数的湍流模型。它们只能⽤于求解处于
湍流核⼼区的流动。⽽壁⾯函数是对近壁区的半经验描述,是对某些湍流模型的补充(近壁区对整体流动影响较⼤和低雷诺数Re的情况),通过壁⾯函数法和低Re数k—ε模型
与标准k—ε模型和RNGk—ε模型配合,成功解决整个整个管道的流动计算问题。
2、在壁⾯区,流动情况变化很⼤。
解决这个问题⽬前有两个途径:
⼀、是不对粘性影响⽐较明显的区域(粘性底层和过渡层)进⾏求解,⽽是⽤⼀组半经验的公式(即壁⾯函数)将壁⾯上的物理量与湍流核⼼区内的相应物理量联系起来。这就
第四章湍流流动的近壁处理
第四章湍流流动的近壁处理
壁面对湍流有明显影响。在很靠近壁面的地方,粘性阻尼减少了切向速度脉动,壁面也阻止了法向的速度脉动。离开壁面稍微远点的地方,由于平均速度梯度的增加,湍动能产生迅速变大,因而湍流增强。因此近壁的处理明显影响数值模拟的结果,因为壁面是涡量和湍流的主要来源。
实验研究表明,近壁区域可以分为三层,最近壁面的地方被称为粘性底层,流动是层流状态,分子粘性对于动量、热量和质量输运起到决定作用。外区域成为完全湍流层,湍流起决定作用。在完全湍流与层流底层之间底区域为混合区域(Blending region),该区域内分子粘性与湍流都起着相当的作用。近壁区域划分见图4-1。
图4-1 边界层结构
第一节壁面函数与近壁模型
近壁处理方法有两类:第一类是不求解层流底层和混合区,采用半经验公式(壁面函数)来求解层流底层与完全湍流之间的区域。采用壁面函数的方法可以避免改进模型就可以直接模拟壁面存在对湍流的影响。第二类是改进湍流模型,粘性影响的近壁区域,包括层流底层都可以求解。
对于多数高雷诺数流动问题,采用壁面函数的方法可以节约计算资源。这是因为在近壁区域,求解的变量变化梯度较大,改进模型的方法计算量比较大。由于可以减少计算量并具有一定的精度,壁面函数得到了比较多的应用。对于许多的工程实际流动问题,采用壁面函数处理近壁区域是很好的选择。
如果我们研究的问题是低雷诺数的流动问题,那么采用壁面函数方法处理近壁区域就不合适了,而且壁面函数处理的前提假设条件也不满足。这就需要一个合适的模型,可以一直求解到壁面。FLUENT提供了壁面函数和近壁模型两种方法,以便供用户根据自己的计算问题选择。
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The goal is to determine the required near wall mesh spacing,
, in terms of Reynolds number, running length, and a target value. A < 200 is acceptable if you are using the automatic wall treatment, if not, continue to read
the advice below. After running a solution, the value of
(in particular, the value given by the solver variable , representing the value for the first node from the wall) should agree with:
model means using a fine mesh and one of the
models (which include the SST model). The
models do accept coarser meshes, due to the automatic near-wall treatment for
these models. with characteristic velocity and length of the plate .
The correlation for the wall shear stress coefficient, , is given by: where is the distance along the plate from the leading edge.
The definition of for this estimate is:
目的是由雷诺数、行程长度及”
with being the mesh spacing between the wall and the first node away from the wall. Using the definition
can be eliminated in
can be eliminated using
Further simplification can be made by assuming that:
where is some fraction.
Assuming that , then, except for very small
This equation allows us to set the target value at a given location and obtain the mesh spacing, for nodes in the boundary layer.
湍流模型计算准确。最低层数如下
where N is the number of nodes in the boundary layer in the direction normal to the wall.
下面为计算边界层厚度公式推导:
The boundary layer thickness can then be computed from the correlation:
to be:
The boundary layer for a blunt body does not start with zero thickness at the stagnation point for . It is, therefore, safe to assume that is some fraction of , say 25%. With this assumption, you get:
位置开始,因此,安全起见设Red
You would, therefore, select a point, say the fifteenth off the surface (for a low-Re model, or