Fluent 进阶篇:边界层第一层网格高度如何确定?
责任编辑:沐小月     时间:2021-03-03     来源:CAE 源流 ,野说天下
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分类: 技术分享
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求解壁面采用什么方法?

   在近壁区域,解的梯度非常高,但近壁区域的精确计算对模拟的成功至关重要,两种近壁面湍流建模方法:

        A) 使用 Wall Functions(壁面函数法)

        B) 解析Viscous Sublayer(粘性子层解析法)

 

1、壁面函数法壁面函数利用如图所示的可预测无量纲边界层剖面,从邻近网格单元质心的条件(速度、壁面距离)确定壁面条件(如剪切应力)

 

 

          §这意味着单元应该位于log-layer§第一层网格应该位于 log-layer, 通常应该有一个y+值,比如30 < y+ < 300

          §这是一个非常普遍的准则,但并不是一个绝对的规则,上限是雷诺数的函数(device Reynolds number

           •对于非常高的Re,如果仍然在log层,y+可能会更高(例如,一艘大型船舶,Re≈109,y+值大于1000是安全的)

           •对于非常低(但仍然湍流)Re(例如一个小泵),对数层可能只延伸到y+≈300,此时y+ = 30太粗糙,边界层上不能有足够数量的网格单元(壁面函数法不再适用)

   §如果发生这种情况,请考虑根据粘性子层分解准则来re-meshing

          §要完全求解重要壁面上的边界层问题,可以尝试在边界层上设置至少10层网格单元

   一般来说,如果你更感兴趣的是区域中心的湍流效应,而不是壁上的力,这是合适的

 

2、解析Viscous Sublayer(粘性子层解析法)

   –第一层网格单元应该在 y+≈ 1 ,并且保证足够多的边界层,增长率适中,不高于1.2

   -这条准则确保网格将能够充分解析粘性子层的梯度

   –这将大大增加网格数–一般来说,如果壁面上的力或传热是模拟的关键(气动阻力、叶轮机械叶片性能、传热),解析粘性子层就是你要采用的方法,大多数情况下推荐的湍流模型是SST k-w

   •使用壁面函数时,垂直于壁面的节点更少(与使用网格求解粘性子层相比)。

 

那么第一层网格高度如何确定呢?

   •在前处理阶段,您需要知道网格单元的第一层(边界层)的合适大小,以便Y+位于所需的范围内

   •实际的流场直到您计算出求解结果后才会知道(实际上,有时由于计算出的Y+值,返回并重新构建模型是不可避免的)

   •为了降低 re-mesh 的风险,我们希望在开始时通过手工计算来尝试预测单元格大小:

   我们的第一层网格高度y应该大约是1毫米。如果你想要y+ = 1,只要用上面公式中的1替换50,得到y = 1.8x10-5m

   上述公式适用于平板流,对于内部流动,雷诺数根据管子的水力直径计算,只要将上述公式中的摩擦系数公式替换为Cf =0.079 Red-0.25 即可


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